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5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi
Marco RagonesiRagonesi · Strobel & Partner AG
CH-Luzern
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit:«Holz» versus «Beton»Optimaler Wärmeschutz mit Holzbau
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5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi
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5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit:«Holz» versus «Beton»1. Erkenntnisse aus Untersuchung «Hegianwandweg»:
Statische versus dynamische Betrachtung.Aus Element 29 «Wärmeschutz im Hochbau» werden die folgenden Aussagen gemacht:– Die thermischen Prozesse am Gebäude verhalten sich zeitabhängig, d.h. instationär. – Gängige stationäre Bilanzmodelle auf der Basis der U-Werte (Norm SIA 380/1) sind des-
halb nicht geeignet, Aussagen zu Heizlasten zu machen. – Es sind deshalb dynamische Simulationsmodelle erforderlich.– Die Vorteile des Massivbaus bezüglich energetischem Verhalten und Komfort lassen sich
nur mit dynamischen Simulationsmodellen quantifizieren.
Ist eine solch indirekte Diskreditierung der Holzbauweise gerechtfertigt ?Am Beispiel eines Mehrfamilienhauses der Überbauung Hegianwandweg wird der Einfluss von differenten Bauweisen detailliert untersucht:– Einfluss der Bauweise «leicht» (Aussenwände Holzrahmenbau), «mittel» (Massivholz-
bau) und «schwer» (Massivbau).– Einfluss des Energiestandards von der Mindestanforderung «MuKEn» bis zum Standard
MINERGIE-P.– Beurteilung der Energieflüsse statonär, mit Berechnung gemäss Norm SIA 380/1 und
mittels dynamischer Simulation (Mehrzonenmodell mit IDA ICE).
So wie es sein muss ist es auch: Das einfache stationäre Bilanzmodell SIA 380/1 weist einen Heizwärmebedarf aus, der generell leicht höher ist, als der über die dynamische Si-mulation ermittelte. Der Vergleich der verschiedenen Bauweisen und Standards führt zu folgenden Erkenntnissen:– Bei korrekter Zuordnung der Bauweise «leicht» bis «schwer» in SIA 380/1 sind die rech-
nerisch ausgewiesenen Differenzen beim Heizwärmebedarf, unabhängig von der Bauwei-se, mit etwa 5% beim Standard «MuKEn» und etwa 3 % beim Standard «MINERGIE-P» identisch.
– Wenn man bei der dynamischen Simulation die Raumtemperatur von 20 °C nicht als unteren Schwellenwert sondern als Durchschnittswert definiert, kann die Abweichung zwischen 380/1 und Simulation auch gegen 10 % gehen.
– Vorteilhaft zeigt sich, wenn die mit «leicht» in SIA 380/1 diskriminierte Holzbauweise mittels dynamischer Gebäudesimulation gerechnet wird und so die effektiv höher vor-handene Speicherfähigkeit zu einem um 11 % kleineren Heizwärmebedarf führt.
– Es ist somit nicht der Fall, dass nur der «schwere Massivbau» in SIA 380/1 falsch beurteilt wird und dessen Qualität bezüglich Wärmespeicherfähigkeit und Ausnutzung von solaren Gewinnen nur über die dynamische Gebäudesimulation korrekt gewürdigt werden kann. Auch die untersuchten Holzbaukonstruktionen weisen ihre Qualitäten bei differenzierter Betrachtung mittels dynamischer Gebäudesimulation auf!
2. Optimaler Wärmeschutz mit HolzbauIn letzter Zeit wurde intensiv über den Sinn eines immer besser werdenden Wärmeschut-zes nachgedacht. Ist dieser Weg bis hin zu MINERGIE-P auch dann gerechtfertigt, wenn eine immer effizientere Wärmeerzeugung zur Verfügung steht? Bezüglich die Kriterien «Kosten», «Primärenergie», «Treibhauseffekt CO2» und «Umweltbelastung UBP» wird für eine Aussenwand in Holzrahmenbauweise aufgezeigt, wie dick die optimale Wärmedämm-schicht ist. Dies abhängig von der Energieerzeugung mit Gas, Holzschnitzel oder Erdson-den-Wärmepumpe.
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5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi
– Die kleinste Dicke ergibt sich bezüglich die Kosten, mit 16 cm bei Erdsonden-WP, gefolgt von 22 cm bei Holzschnitzelheizung und 28 cm bei Gasheizung.
– Die nicht monetären Kriterien führen zu Wärmedämmschichten von 32 cm Dicke und wesentlich mehr.
– Je effizienter die Energieerzeugung, desto weniger dick kann wärmegedämmt werden und je günstiger das Kapital, desto besser darf der Wärmeschutz sein. Wer aber zu wenig wärmedämmt macht sicher den grösseren Fehler als derjenige, der eine etwas zu dicke Wärmedämmschicht wählt!
– Wenn der Raumverlust durch dickere Wärmedämmschicht bzw. Wandkonstruktion be-rücksichtigt wird, resultiert garantiert nur der gesetzlich einzuhaltende Mindestwärme-schutz. In diesem Fall kann die schlanke Holzbauweise gegenüber anderen Wandkon-struktionen klare Vorteile ausspielen!
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2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 1
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit:«Holz» versus «Beton»
Optimaler Wärmeschutz mit Holzbau
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 2
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 3
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
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Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 4
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Längsschnitt
Südwestfassade
Nordostfassade
Nordwestfassade
Südostfassade
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 5
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Untergeschoss
Erdgeschoss
1. bis 3. Obergeschoss
Attikageschoss
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 6
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Untergeschoss innerhalb der thermischen Gebäudehülle
ausserhalb der thermischen Gebäudehülle
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
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Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 7
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Erdgeschoss innerhalb der thermischen Gebäudehülle
ausserhalb der thermischen Gebäudehülle
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 8
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Objektbeispiel: MFH Hegianwandweg in Hybridbauweise
innerhalb der thermischen Gebäudehülle
ausserhalb der thermischen Gebäudehülle
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 9
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Korrekte Beurteilung der Bauweise ?Rechnerische Beurteilung:• Statische Methode «Norm SIA 380/1»• Dynamische Methode
Beispiel «Hegianwandweg»:• Thermische Gebäudehülle• Konstruktionsvarianten• Rechnerische Beurteilung• Vergleich der Resultate
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
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Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi8
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Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
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AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Korrekte Beurteilung der Bauweise ?Aus element 29:
– Die thermischen Prozesse am Gebäude verhalten sich naturgemäss zeitabhängig, d.h. instationär.
– Gängige stationäre Bilanzmodelle auf der Basis der U-Werte (Norm SIA 380/1) sind deshalb nicht geeignet,
Aussagen zu den Heizlasten zu machen.
– … sind deshalb dynamische Simulationsmodelle erfor-derlich …
– Vorteile der massiven Bauweise bezüglich Komfort und Nutzung solarer Energiegewinne sowie die Wirkung des Wärmespeicherverhaltens lassen
sich nur mit dynamischen Modellen realitätsnah aufzei-gen.
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
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AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Korrekte Beurteilung der Bauweise ?Aus element 29:
– Referenzberechnung «Massivbau»: Der mittels dynamischer Berechnung ermittelte Heizwärmebedarf fällt um etwa 10 % niedriger aus als nach Norm SIA 380/1 ermittelt.
– Die dynamische Gebäudesimulation ermöglicht eine ralistische Einschätzung der erzielbaren Energiegewinne
…
– Vorteile des Massivbaus bezüglich energetischem Verhalten lassen sich somit quantifizieren.
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
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AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Korrekte Beurteilung der Bauweise ?Aus element 29:
– Referenzberechnung «Massivbau»: Der mittels dynamischer Berechnung ermittelte Heizwärmebedarf fällt um etwa 10 % niedriger aus als nach Norm SIA 380/1 ermittelt.
– Die dynamische Gebäudesimulation ermöglicht eine ralistische Einschätzung der erzielbaren Energiegewinne
…
– Vorteile des Massivbaus bezüglich energetischem Verhalten lassen sich somit quantifizieren.
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Diskreditierungder Holzbauweise
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Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
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AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Statische Methode «SIA 380/1»:– Bilanz über 12 Perioden– Monatsmittelwerte– konstante Raumtemperatur– U-Werte– g-Werte– Wärmebrücken– Bauweise: z.B. «leicht»
QS
Qh
QIE
QT
QV
QIP
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 14
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Maximaltemperatur[°C]
N
S
26,5
26,0
25,5
25,0
24,5
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Dynamische Bilanzierung:– Stundenmittelwerte (Klimabedingungen)– Simulation über variable Zeitschritte (< 1 Sekunde bis max. 1 Stunde)– Baukonstruktion bzw. Materialien (Baustoffkennwerte)– g-Werte– Wärmebrücken– effektive Wärmespeicherfähigkeit
16
18
20
22
24
26
28
30
Tem
pera
ture
n [°
C]
32
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AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Aussenwände
Fenster
Flachdachüber 4. OG
Flachdachüber 3. OG
Baustoffe
Konstruktion«Ytong» (schwer)
Konstruktion«Leicht»
Konstruktion«Mittel»
Konstruktion«Schwer»
Holzfenster mit 3-IVUg = 0,7 bzw. 0,6 W/m2Kg = 47 %Glasrand Edelstahl bzw. Kunststoff
Holzfenster mit 3-IVUg = 0,7 bzw. 0,6 W/m2Kg = 47 %Glasrand Edelstahl bzw. Kunststoff
Holzfenster mit 3-IVUg = 0,7 bzw. 0,6 W/m2Kg = 47 %Glasrand Edelstahl bzw. Kunststoff
Holzfenster mit 3-IVUg = 0,7 bzw. 0,6 W/m2Kg = 47 %Glasrand Edelstahl bzw. Kunststoff
HolzwerkstoffeBacksteinYtong PStahlbeton
MineralwollplattenXPS-PlattenEPS-PlattenMultipor
UnterlagsbodenParkettbodenPlattenbodenSplitt
PutzschichtenGipskartonplattenGipsfaserplattenPutzträgerplatte
175160240
180320
160
26
010
018
016
0
80
100
120
100
80
25
010
0
140
240
140
22
024
0
22
0
22
0
180
180
180
25
02
20
240
22
03
80
160 80260
180 150260
40
Effizienz von unterschiedlichen Konstruktionen
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Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi10
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Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 16
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Effizienz von unterschiedlichen Konstruktionen
Geschossdecken
Boden über UG
InnenwändeundWohnungs-trennwände
Baustoffe
Konstruktion«Ytong» (schwer)
Konstruktion«Leicht»
Konstruktion«Mittel»
Konstruktion«Schwer»
HolzwerkstoffeBacksteinYtong PStahlbeton
MineralwollplattenXPS-PlattenEPS-PlattenMultipor
UnterlagsbodenParkettbodenPlattenbodenSplitt
PutzschichtenGipskartonplattenGipsfaserplattenPutzträgerplatte
22
06
02
016
0
60
20
120
60
25
02
012
0
25
0
25
010
012
025
0 20
0
80
25
02
016
02
50
180 75var. 808080 var.var.180 75var.
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 17
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau Heizwärmebedarf Qh = Qh,li (MuKEn) gemäss Berechnung SIA 380/1
Heizwärmebedarf Qh = 0,6 x Qh,li (MINERGIE-P) gemäss Berechnung SIA 380/1 Heizwärmebedarf Qh,eff mit Komfortlüftung/WRG (Vth = 0,28) gemäss Berechnung SIA 380/1(MINERGIE-P) Heizwärmebedarf Qh basierend auf dynamischer Gebäudesimulation– MuKEn mit Standardluftwechsel– MINERGIE-P mit Komfortlüftung/WRGGrenzwert Qh,li (MuKEn)MINERGIE-Primäranforderung an thermische Gebäudehülle: Qh = 0,6 x Qh,li
Bauweise «leicht»
MuKEn MINERGIE-PMuKEn MINERGIE-P
Bauweise «mittel»Bauweise «schwer»Bauweise «Ytong» (schwer)0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Hei
zwär
meb
edar
f Qh [M
J/m
2 a]
MuKEn MINERGIE-P MuKEn MINERGIE-P
–11%
–13%–3%–3%
–5%–4%
–3%
–4%
Beurteilung Norm SIA 380/1 & mit Gebäudesimulation
Heizwärmebedarf im Vergleich
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 18
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Bauweis:0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Hei
zwär
meb
edar
f Qh [M
J/m
2 a]
Heizwärmebedarf Qh = Qh,li (MuKEn; Berechnung SIA 380/1; Bauweise «leicht»)Heizwärmebedarf Qh (Berechnung SIA 380/1; variable Definition der Bauweise «sehr leicht» bis «schwer»)Heizwärmebedarf Qh basierend auf dynamischer Gebäudesimulation
«leicht»«sehr leicht» «mittel» «schwer»
107115
100 99
95–11% –5% –4%–17%
Beurteilung Norm SIA 380/1 & mit Gebäudesimulation
Heizwärmebedarf im Vergleich
10
5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi 11
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 19
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Aussentemperatur
Strahlung
18. J
uli
Bauweise «schwer»
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Rau
mtlu
ftte
mpe
ratu
ren
[°C
]
Sol
arst
rahl
ung
[W/m
2 ]
Temperaturen Sommerwoche
32
34
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
25. J
uli
19. J
uli
24. J
uli
23. J
uli
22. J
uli
21. J
uli
20. J
uli
Vergleich Raumlufttemperaturen:
Bauweise «leicht»
MuKEn
MINERGIE-P
Bauweise «Ytong»
MuKEn
MINERGIE-P
Bauweise «mittel»
MuKEn
MINERGIE-P
MuKEn
MINERGIE-P
Beurteilung mit Gebäudesimulation
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 20
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Beurteilung mit Gebäudesimulation
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
Aussentemperatur
Strahlung
18. J
uli
Bauweise «schwer»
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Rau
mtlu
ftte
mpe
ratu
ren
[°C
]
Sol
arst
rahl
ung
[W/m
2 ]
Temperaturen Sommerwoche
32
34
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
25. J
uli
19. J
uli
24. J
uli
23. J
uli
22. J
uli
21. J
uli
20. J
uli
Vergleich Raumlufttemperaturen:
Bauweise «leicht»
MINERGIE-P
MINERGIE-P
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 21
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Aussentemperatur
Strahlung
Bauweise «leicht»
18. J
uli
Bauweise «schwer»
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Rau
mtlu
ftte
mpe
ratu
ren
[°C
]
Sola
rstr
ahlu
ng [W
/m2 ]
Temperaturen Sommerwoche
32
34
10
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
25. J
uli
19. J
uli
24. J
uli
23. J
uli
22. J
uli
21. J
uli
20. J
uli
MINERGIE-P
Vergleich Raumlufttemperaturen:
MINERGIE-Pmit Kühlungüber Boden-heizung
MINERGIE-P
Beurteilung mit Gebäudesimulation
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
11
5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi12
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 22
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
MaximaltemperaturStunden über Grenzwert gemäss Norm SIA 381/1Stunden über 26 °C
Bauweise «leicht»Bauweise «Ytong»
MuKEn MINERGIE-PMuKEn MINERGIE-P
Bauweise «mittel»20
21
22
23
24
25
26
27
28
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Extr
emte
mpe
ratu
r Som
mer
woc
he [°
C]
Stun
den
mit
Übe
rtem
pera
tur [
h]
MuKEn MINERGIE-P MuKEn MINERGIE-P
Bauweise «schwer»0h0h0h0h0h0h0h0h0h
Beurteilung mit Gebäudesimulation
Maximaltemperatur und Stunden über Temperatur-Grenzwerten
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 23
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
Wo liegt dasOptimum
Norm SIA 180:Bauschadenfreiheitund Behaglichkeit
Kriterien:Behaglichkeit/BauschädenKosteneffizienz (Erstellung & Betrieb)Energieeffizienz (Primärenergie)CO2-EffizienzUmweltbelastung «UBP»
2m 3 421 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
Optimaler Wärmeschutz mit Holzbau
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 24
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
QS
Qh
QIEQV
QIP
Effizienz dank guter «Maschine» ?
Holzη = 0,75
Gasη = 0,9
WärmepumpeJAZ = 3,9(Traumwerte 5 oder 10 ?)
QT
Entscheidender Faktor: Energieerzeugung
12
5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi13
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 25
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0
Ko
sten
[C
HF/
m2
a]
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
U-Wert Holzrahmenbau (λD,res = 0,045 W/m·K)
Kosten:– Anteil Holzbau (Steinwollplatte&Holzrahmen)– Total Holzbau + Heizwärmeverbrauch • bei Gasheizung • bei Erdsonden-WP • bei HolzschnitzelOptimum betreffend die Kosten
Kosten
Holzrahmen mit Brettschichtholz(CHF 1’250.–/m3) statt Duoholz C24 (CHF 1’050.–/m3)
Kosten-Effizienz
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 26
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0
Trei
bh
ause
ffek
t [k
g C
O2-
eq/m
2 a]
2
4
6
8
10
12
14
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
U-Wert Holzrahmenbau (λD,res = 0,045 W/m·K)
Treibhauseffekt:– Anteil Holzbau (Steinwollplatte&Holzrahmen)– Total Holzbau + Heizwärmeverbrauch • bei Gasheizung • bei Erdsonden-WP • bei HolzschnitzelOptimum betreffend die Treibhauseffekt
142
52
Treibhauseffekt
Treibhausgase-Effizienz
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 27
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
U-Wert Holzrahmenbau (λD,res = 0,045 W/m·K)
Primärenergie:– Anteil Holzbau (Steinwollplatte&Holzrahmen)– Total Holzbau + Heizwärmeverbrauch • bei Gasheizung • bei Erdsonden-WP • bei HolzschnitzelOptimum betreffend die Primärenergie
136
100
Primärenergie
0
Pri
mär
ener
gie
nic
ht
ern
euer
bar
[kW
h/m
2 a]
10
20
30
40
50
60
70
Primärenergie-Effizienz
13
5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi14
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 28
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
U-Wert Holzrahmenbau (λD,res = 0,045 W/m·K)
Umweltbelastung:– Anteil Holzbau (Steinwollplatte&Holzrahmen)– Total Holzbau + Heizwärmeverbrauch • bei Gasheizung • bei Erdsonden-WP • bei HolzschnitzelOptimum betreffend die Umweltbelastung
80
72
Umweltbelastung
0
Um
wel
tbel
astu
ng
[U
BP
/m2
a]
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Umweltbelastungs-Effizienz
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 29
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
43
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
1
1
1
2
23
4
4
32
Optimale Dicken derWärmedämmschicht
Aussenwand «Holzrahmenbau» Gas 1: Kosten Holzschnitzel 2: Primärenergie Wärmepumpe 3: CO2 4: UBP
Gesamtbetrachtung «Effizienz»
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 30
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
43
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
MuKEn Neubau
Norm SIA 380/1: Zielwert Neubau
MuKEn Neubau: ohne erneuerbare Energie
MuKEn Sanierung
Norm SIA 180
1
1
1
2
23
4432
Optimale Dicken derWärmedämmschicht
Aussenwand «Holzrahmenbau» Gas 1: Kosten Holzschnitzel 2: Primärenergie Wärmepumpe 3: CO2 4: UBP
Wer zu wenig dämmt macht die grösseren Fehler als der, welcher zu viel dämmt !
Schlussfolgerung 1
14
5. Europäischer Kongress für effizientes Bauen mit Holz 2012
Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit: «Holz» versus «Beton» I M. Ragonesi 15
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12
Wärmespeicherfähigkeit und optimaler Wärmeschutz I Marco Ragonesi
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 31
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
– Je effizienter die Energieerzeugung, desto weniger dick kann wärmegedämmt werden: • WP mit JAZ = 3,9: Kosteneffizient sind 16 cm 5: 14 cm 10: 10 cm – Je günstiger das Kapital, desto besser darf der Wärmeschutz sein: • Kapitalzinssatz 1 %: Kosteneffizient sind 24 cm 3 %: 16 cm 6 %: 12 cm
Schlussfolgerung 2
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 32
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
«MINDESTWÄRMESCHUTZ»MuKEn Neubau
Auswirkung «Raumverlust»
nächst dickere WD möglich bei:• 18 CHF/m2·a (Gas)• 1 CHF/m2·a (Holzschnitzel)• 0 CHF/m2·a (Wärmepumpe)
Fazit: Bei Raumverlust «Mindestwärmeschutz»
Rechenbeispiel:• Wohnung mit Nettowohnfläche 130 m3
tanoM/FHC –.000’3 eteiM • • 1 m2 Nettowohnfläche kostet 277.– CHF/a• Geschosshöhe = 3,0 m• 1 cm Mehrdicke der Wand «verursacht» 0,92 CHF/m2·a• Wirtschaftlichkeit einer dickeren Wärmedämmschicht gegeben bei welchen Nettowohnflächen-Kosten?
Schlussfolgerung 3
2. Internationales Forum Holzbau Beaune 12 33
AuswirkungSpeicher-fähigkeit «Holz» – «Beton»MFH Hegianwandwegin Hybridbauweise
Energie-Effizienz bzw. Heizwärmebedarf
Rechnerische Beurteilung Heizwärmebedarf
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen
Heizwärmebedarf im Vergleich
Temperaturverlauf in «kritischer» Sommerwoche
OptimalerWärmeschutzmit Holzbau
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 360,05
U-W
ert
[W/m
2 K]
0,090,11
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Dicke der Wärmedämmschicht [cm]
Auswirkung «Raumverlust»
Holzrahmenbau:• U-Wert 0,2 W/m2·K• etwa 30 cm dicke Aussenwand
Differenz:• etwa 15 cm dickere Wand• «Verlust» von etwa 14.– CHF/m2·a für verlorene Nettowohnfläche !
Massivbauwand:• U-Wert 0,2 W/m2·K• etwa 45 cm dicke Aussenwand
Schlussfolgerung 3