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Sanierung und CO2-neutrale Wärmeversorgung einer 50er Jahre-Wohnanlage
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Ansicht der vier Wohnblöcke aus der Vogelperspektive
© Fraunhofer IBP
Ziel des Projekts ist die Modernisierung und energetische Sanierung der Gebäude mit dem Zielwert eines Primärenergiebedarfs für Beheizung und Trinkwassererwärmung, der mindestens 50% unter dem zulässigen Wert eines Neubaus liegt. Die noch benötigte Restwärme soll so erzeugt werden, dass eine CO2-neutrale Energieversorgung gewährleistet ist. Die Gebäudestrukturen sollen dabei erhalten und zeitgemäße Grundrisslösungen erreicht werden.
Siedlungssteckbrief
| Projektstatus |  Planung |
|---|---|
| Standort der Kommune | München, 81669 München-Haidhausen Au, München, Bayern |
| Kommune in Zahlen | Fläche: 310,43 km²; Einwohnerzahl: 1,35 Mio. |
| Träger | GWG Gemeinnützige Wohnstätten- und Siedlungsgesellschaft mbH |
| Siedlungstyp | Innerstädtische Blockbebauung |
| Nutzungstyp | Wohnnutzung |
| Grundstücksfläche | 6.431 m² |
| Bruttogeschossfläche vorher | 10.637 m² |
| Bruttogeschossfläche nachher | 12.918 m² |
| Wohnfläche vorher | 6.513 m² |
| Wohnfläche nachher | 8.107 m² |
| Gewerbefläche nachher | 164 m² |
| Zahl der Wohneinheiten vorher | 149 |
| Zahl der Wohneinheiten nachher | 123 |
| GRZ (Grundflächenzahl) | 0.70 |
| GFZ (Geschossflächenzahl) | 1.72 |
| Altersstruktur | 1949-1957 Nachkriegsjahre |
| Bau- und Sanierungszustand | schlechter baulicher Zustand, starker Sanierungsbedarf |
| Heizungssysteme | vor Sanierung: Einzelofen (Holz, Gas, Öl, Elektro), nach Sanierung: Zentralheizung mit Radiatoren (Gasmotorisch betriebene Kompressionswärmepumpe mit Grundwassernutzung) |
| Eigentumsverhältnisse | Vermietung durch kommunale Wohnungsbaugesellschaft |
| Projektthemen |
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Projektbeschreibung
Die 1955 gebaute und inzwischen sanierungsbedürftige Wohnanlage im Münchner Stadtteil Haidhausen/Au umfasst vier 3- bzw. 5-geschossige Gebäude mit Kellergeschoss und nicht ausgebautem Dachgeschoss. Die 149 bestehenden Wohnungen weisen bei einer Gesamtwohnfläche von ca. 6.513 m² eine Größe zwischen 40 m² und 65 m² Wohnfläche auf. Es handelt sich um Wohnungen mit zwei, drei und vier Zimmern.
Zielsetzung
Ziel des Projektes ist eine energetische Sanierung der vier Gebäude auf einen Primärenergiebedarf für Beheizung und Trinkwassererwärmung, der mindestens 50% unter dem zulässigen Wert eines Neubaus liegt. Die noch benötigte Restwärme soll mit erneuerbaren Energien in der Weise erzeugt bzw. kompensiert werden, dass dadurch in Summe keine zusätzlichen
CO2-Emissionen freigesetzt werden und somit eine CO2-neutrale Energienergieversorgung gewährleistet ist.
Energetische Sanierung und Modernisierung
Zum großen Teil einseitig orientierte Klein- und Kleinstwohnungen mit gefangenen Räumen werden zu größeren Wohnungen zusammengelegt. Die Neuorganisation der Grundrisse, der Anbau von Balkonen und die barrierefreie Erschließung mit Aufzügen gewährleisten bedarfs- und zukunftsorientierte Wohnungsangebote. Durch die Aufstockung um jeweils ein Geschoss sowie einen Neubau über der Abfahrt der mit der Maßnahme entstehenden Tiefgarage entstehen zusätzlich 15 Mietwohnungen. Die Gesamtzahl der Wohnungen reduziert sich dabei auf 123. Mit Wohnflächengewinn von ca. 1.974 m² beträgt die Gesamtwohnfläche nach Abschluss der Maßnahme ca. 8.107 m². Zusätzlich entsteht in der Wohnanlage eine Arztpraxis mit einer Nutzfläche von ca. 164 m². Die behutsame Nachverdichtung bewahrt die gewachsenen Qualitäten. Die Neugestaltung der Wohnanlage in Zusammenhang mit der konstruktiven und energetischen Ertüchtigung der Bestandsgebäude garantiert eine langfristige Vermietbarkeit.
Die Gebäudeaußenwände erhalten ein Dämmsystem aus Resol-Hartschaum (weber.therm plus ultra, höchstwärmedämmend WLG 022). Für die der Straßenseite zugewandten Fassaden ist eine Vakuumdämmung vorgesehen. Die Fenster werden 3-fach wärmeschutzverglast in hocheffizienten Rahmen ausgeführt. Die Kellerdecken werden durch im Estrich der Erdgeschosse eingelegte Vakuumdämmplatten isoliert.
Wärmeversorgung
Die Wohnungen werden bis heute mit Einzelöfen beheizt - mit Kohle oder Gas befeuert. In manchen Wohnungen befinden sich Elektroheizgeräte. Einige Wohnungen sind auch mit Gasetagenheizungen ausgestattet. Das Brauchwasser wird ebenfalls dezentral und überwiegend mit Gasdurchlauferhitzern erwärmt.
Die zukünftige Wärmeversorgung der vier sanierten Bestandsgebäude sowie der Neubauten wird über eine zwischen Haus 33 und Haus 41 zu errichtende Heizzentrale erfolgen. Ein Anschluss der Heizzentrale an die Fernwärmeversorgung (Dampfnetz) der Stadtwerke München ist aufgrund der lokalen Bedingungen nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich. Statt dessen soll für die Beheizung der Wohnungen die oberflächennahe Geothermie genutzt werden. Umgebungswärme auf niedrigem Temperaturniveau wird dabei mittels einer Wärmepumpe für Heizzwecke verfügbar gemacht. Die Geothermienutzung ist in Form einer direkten thermischen Nutzung von Grundwasser geplant.
Für den Antrieb des thermodynamischen Kreisprozesses in der Wärmepumpe ist hochwertige mechanische Energie aufzuwenden. Zur konsequenten Niedrigexergienutzung („LowEx-Ansatz“) sollte die bei der Bereitstellung dieser hochwertigen Energie zwangsläufig anfallende Abwärme möglichst für Heizzwecke genutzt werden. Aus diesem Grund ist im vorliegenden Projekt die Verwendung einer mit Erdgas betriebenen Kompressionswärmepumpe vorgesehen. Unter dem Gesichtspunkt des Primärenergiebedarfs sind diese i. a. günstiger zu bewerten als elektrisch betriebene Kompressionswärmepumpen. Die gasmotorisch betriebene Kompressionswärmepumpe in Verbindung mit der Grundwassernutzung wird für dieses Projekt eigens angefertigt.
Voraussetzung für einen primärenergetisch sinnvollen Einsatz der Wärmepumpe sind möglichst niedrige Temperaturen auf der Heizwasserseite. Diese setzen einerseits einen niedrigen Heizwärmebedarf voraus, dem durch den sehr guten baulichen Wärmeschutz der Gebäude Rechnung getragen wird. Andererseits sind Flächenheizsysteme (z.B. Wandheizung, Fußbodenheizung) bzw. großflächige und leistungsstarke Heizkörper erforderlich. Aus regelungstechnischen Gründen sind für das vorliegende Projekt Heizkörper vorgesehen.
Zur Gewährleistung höherer Vorlauftemperatur der Heizkreise im Auslegungsfall und zur Deckung der Spitzenlast dient ein zusätzlicher Gas-Brennwertkessel. Diese Kombination ermöglicht eine optimierte Betriebsweise der Gasmotorwärmepumpe. Damit das Ziel einer CO2-neutralen Wohnanlage erreicht werden kann, wird ein Teil der Wärme über ein solarthermisches Röhrenkollektorfeld gewonnen.
Das Systemkonzept für die Trinkwassererwärmung wird dahingehend optimiert, dass sowohl der LowEx-Ansatz bestmöglich realisiert, als auch den Anforderungen an eine Legionellen-Prophylaxe hinreichend Rechnung getragen wird. Hierzu ist der Einsatz einer anodischen Oxidations – Anlage vorgesehen.
Die Wärmeübergabe in den Räumen erfolgt über Heizkörper. Die Wohnungen sollen ausschließlich natürlich über die Fenster belüftet werden; auf eine kontrollierte Wohnungslüftung wird bewusst verzichtet. Zur Unterstützung von energieeffizientem Nutzerverhalten (Vermeidung von Dauerlüften) werden Fensterkontakte eingesetzt, die bei geöffnetem bzw. gekipptem Fenster den Heizwasserdurchfluss durch die Heizkörper stoppen.
Das komplexe Zusammenwirken der Einzelkomponenten zu einem energetisch optimierten Gesamtsystem erfordert sowohl hydraulisch als auch regelungstechnisch sehr hohe Anforderungen. Dies gilt umso mehr, als die Energieeffizienz des Gesamtsystems weniger durch den Auslegungsfall als vielmehr durch die Teillastzustände bestimmt wird.
Aufgrund dieser hohen hydraulischen Anforderungen wird der Einsatz von dezentralen Heizungspumpen favorisiert. Diese neu entwickelten Systeme befinden sich aktuell in der Testphase bei Nutzgebäuden. Die dezentrale Heizungspumpe – eine extrem kleine Pumpe – wird dabei direkt am Heizkörper angebracht und dadurch jeder Radiator im Haus einzeln mit Wärme versorgt. Es kann bei dieser Lösung auf die Thermostatventile, auf Drosselventile sowie auf den Einsatz zentraler Heizkreispumpen verzichtet werden. Somit findet ein Wechsel von einer „Angebotsheizung“ mit zentraler Heizungspumpe hin zu einer "Bedarfsheizung“ statt.
Die Chancen des Dezentralen Pumpen-Systems bestehen in einer bedarfsgerechten Wärmeverteilung und Wärmeübergabe, einer Verbesserung der Regelgüte sowie einer Reduzierung der Rohrnetzwiderstände. Hieraus resultieren signifikante Einsparpotenziale für Strom sowie für Nutzwärme. Ein grundsätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Heizungsanlage prinzipbedingt in jedem Betriebszustand hydraulisch abgeglichen ist. Somit ergänzt der Einsatz von dezentralen Heizungspumpen sehr gut das innovative Sanierungskonzept der Wohnanlage.
Bilanzierung und Betriebsoptimierung
Im Rahmen eines über zwei Jahre angelegten wissenschaftlichen Messprogramms sollen umfassend Messwerte erfasst, analysiert und für einen kontinuierlichen Prozess der Betriebsoptimierung nutzbar gemacht werden. Dabei soll auf die Methodik der Betriebsdiagnose zurückgegriffen werden.
Im Projekt "Lilienstraße Nord München" soll über die gesamte Energiekette von der Erzeugung über Transport bis zur Anwendung der Einsatz hochwertiger Exergie minimiert werden (LowEx-Ansatz). In der Summe wird dies bei der Wärmeerzeugung durch den Einsatz einer einzelangefertigten Gasmotorwärmepumpe mit Grundwassernutzung ermöglicht. Unterstützt wird der Grundwärmeerzeuger durch einen Gasbrennwertkessel und eine solarthermische Kollektoranlage. Die Speicherung und die hydraulische Systemtrennung soll über ein abgestimmtes Pufferspeicherladesystem erfolgen. Bei der Verteilung der Wärme wird auf eine kompakte Wärmedämmung Wert gelegt, wobei die warmen Leitungen in eine thermische Hülle zusammengefasst werden. Bei der Warmwasserbereitung soll durch eine anodische Oxidationsanlage der LowEx-Ansatz aufgegriffen werden. Heizwärme wird bedarfsabhängig über die Heizflächen durch eine dezentrale Pumpentechnik an die Räume abgegeben. Die Einzelraumregelung ermöglicht eine hohe Regelgüte und lässt eine intensive Nutzerbeteiligung erwarten. Fensterkontakte schränken Lüftungsverluste durch ineffizientes Lüftungsverhalten ein.
