Risiko-optimierte Gebäudeentwicklung im Holzbau aufgrund des Klimawandels

Gerade Österreich – die Alpenregion – ist, wie der Sachstandsbericht Klimawandel 2014 aufzeigt, besonders stark vom Klimawandel betroffen. Hitzetage mit Temperaturen über 30 °C und „Tropennächte“ über 20 °C werden vor allem in den Ballungsräumen weiter zunehmen, hitzebedingte Gesundheits-, Schlaf- und andere Probleme werden steigen. Die Österreichische Energieagentur und die TU Graz untersuchten, wie diesen Hitzerisiken im Holzbau künftig vorbeugend begegnet werden kann, möglichst unter Verzicht auf energieintensive Klimaanlagen.

Mittels einer thermischen Gebäudesimulation wurde ein eigens entwickelter Simulationsprototyp (Basis Regelgeschoß mit 21 thermischen Zonen; klimatischer Referenzstandort Wien Umgebung) nach folgenden Parametern variiert: Bauweise (Beton, Ziegel, Holz massiv, Holz leicht), Nutzung (Wohnung, Büro), Klimatisierung (natürliche Nachtlüftung, Klimageräte), Luftwechsel, Verschattung. Für die 80 Simulationsvarianten wurden jeweils Kenngrößen wie operative Temperatur, Überschreitungsdauern (25 °C, 27 °C), Anzahl Tropennächte, Kühlenergiebedarf (pro Brutto-/Nettogrundfläche) aufbereitet.

Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass – unabhängig von der Bauweise – vor allem die Beschattung und ein kühlungswirksamer Luftwechsel ausschlaggebend für den sommerlichen Wärmeschutz sind. Die Auswertung der Überschreitungsnächte (> 25 °C) zeigt beispielsweise, dass bei nicht optimaler Beschattung (Beschattungsdauer kleiner 5,3 h/d) bzw. bei zu geringem kühlungswirksamem Luftwechsel (kühlungswirksamer Luftwechsel kleiner 1,5 ac/h), die Anzahl der Überschreitungsnächte im Vergleich zur Basisvariante deutlich zunimmt (vgl. Abbildung 1).

Abbildung 1: Anzahl der Überschreitungsnächte > 25 °C; Base Case: Luftwechsel von 3 ac/h und Beschattungsdauer von 7,3 h/d (Bildquelle: TU Graz)

Auf diese beiden Parameter sollte in Zukunft daher wissenschaftlich, planerisch sowie normativ größeres Augenmerk gelegt werden. Anders als erwartet ist die reine Quantität der Speichermasse (Masse, die zur Kennzeichnung der wirksamen Wärmespeicherkapazität von Bauteilen für eine Periode von 24 Stunden herangezogen wird) nur bedingt als Maß für den Überhitzungsschutz geeignet. Relevant ist vielmehr die Quantität der mittels kühlungswirksamer Lüftung tatsächlich aktivierten Speichermasse. Diese hängt primär von den vorhandenen Möglichkeiten zum Energietransfer ab. Anders ausgedrückt bestimmen die Lage, der Grundriss, die Fensterflächen, die Windverhältnisse und das Nutzerverhalten die Quantität der tatsächlich aktivierten Speichermasse. Das in der ÖNORM B 8110-3 definierte Überschreitungskriterium von 27 °C zur Bewertung der sommerlichen Überwärmung in Abhängigkeit der Bauweise liefert keine ausreichend zufriedenstellende Aussage, da kurzzeitige Überschreitungen überproportional gewichtet werden, tageszeitliche Abkühlungen nicht erfasst werden, der heißeste Raum in der Regel nicht repräsentativ für das Gebäude ist und Überschreitungen zur Mittagszeit z.B. in Schlafräumen wenig Relevanz haben.

Die durchgeführten ökonomischen Analysen zeigen, dass Gebäude, welche auch zukünftig ohne Klimatisierung auskommen, um rund 2 % geringere Gesamtkosten (über 30 Jahre) aufweisen als derzeitige Gebäude, da der Heizenergiebedarf aufgrund des Klimawandels zurückgehen wird (vgl. Abbildung 2).

Abbildung 2: Ökonomische bzw. ökologische Bewertung einzelner Haustechnikvarianten (Bildquelle: Österreichische Energieagentur)

Andererseits ist im gegenteiligen Fall mit durchschnittlich rund 15 % höheren Gesamtkosten zu rechnen. Dies ergibt sich aus den zusätzlichen Investitionskosten für die Errichtung einer Klimaanlage und den dafür anfallenden zusätzlichen Betriebs- und Instandhaltungskosten. Die CO2-Emissionen beim laufenden Betrieb mit Klimaanlagen sind sogar um den Faktor 3 höher als in der Basisvariante (Mehrfamilienhaus, Leichtbauweise Holz, natürliche Nachtkühlung): Der zusätzliche Strombedarf für die Klimatisierung ist mit einem wesentlich höheren CO2-Emissionsfaktor zu bewerten als der Energiebedarf für die Beheizung (derzeitiger CO2-Emissionsfaktor für Strom: 417 g/kWh im Vergleich zu 73 g/kWh bei Fernwärme).

Schon bei der Gebäudeplanung alle Möglichkeiten des Standortes für ausreichende Beschattung und kühlungswirksamen Luftwechsel einzubeziehen, wird sich daher zukünftig positiv auf die Gesamtkosten, aber auch auf die Umwelt auswirken.

Projektdaten
AuftraggeberIndustrieunternehmen
Projektleiter/inOskar Mair am Tinkhof, MSc
ProjektteamDI Dr. Günter Simader
Ing. Mag. Georg Trnka
Lukas Eggler, BA MSc
Gabriele Möhring
ProjektpartnerTU Graz
Projektdauer03/2014 – 03/2015
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