Das
Passivhaus Projektierungs Paket (PHPP) umfasst alles,
um ein sicher funktionierendes
Passivhaus planen zu können. Enthalten sind die Tools für
- die Berechnung von
Energiebilanzen (inkl. U-Wert-Berechung)
- die Projektierung
der Fenster
- die Projektierung
der Komfortlüftung
- die Auslegung der
Heizlast
- die Voraussage für
den sommerlichen Komfort
- die Auslegung von
Heizung und Warmwasserbereitung
- ... und viele weitere
nützliche Werkzeuge für die zuverlässige Projektierung von Passivhäusern
sowie auch
- den
Nachweis für die Förderung von Passivhäusern (z.B. durch die KfW)
- den vereinfachten
Nachweis nach der Energiesparverordnung (EnEV)
- ein ausführliches
Handbuch, in dem nicht nur das Verfahren des PHPP erläutert,
sondern alle wichtigen Merkpunkte für den Bau von Passivhäusern
zusammengestellt sind - das Passivhaus-Baupraxis-Buch schlechthin.
Genaues
Modell: Simulation nach physikalischen Grundgleichungen
Bei den ersten Passivhäusern
war es noch unverzichtbar, die Gebäude mit zeitlich hochaufgelösten
numerischen Simulationen zu projektieren. Die Berechnung von Energiebilanzen
von Gebäuden mit sehr geringem Energieverbrauch ist eine anspruchsvolle
Aufgabe - bestehende Verordnungen und Normen haben sich dabei als
zu ungenau erwiesen; daran hat sich bis heute nichts geändert.
Mit einer Simulation, die sich an den physikalischen Grundgesetzen
orientiert, kann das Verhalten der Gebäude aber sehr genau
vorausberechnet werden. Das Problem dabei ist nur: Die Eingabedaten
für ein instationäres Simulationsprogramm sind sehr umfangreich
- unser Computermodell für das Passivhauses Darmstadt Kranichstein
verlangt über 2000 unabhängige Eingabedaten (ohne den
Klimadatensatz). Soll die Simulation zuverlässige Ergebnisse
liefern, dann müssen diese über 2000 Daten korrekt gemäß
der tatsächlichen Geometrie des Gebäudes bestimmt werden.
Das ist möglich, wie der Vergleich zwischen Simulation und
Messergebnissen zeigt ([AkkP 5], vgl. Abb. 2 oben
links). Aber der Aufwand für ein solches Modell ist sehr groß
- und nicht alle benötigten Daten sind gleich wichtig, obwohl
bei ungeeigneter Werten auch für "unwichtige" Daten
falsche Ergebnisse entstehen können.
Ein
pragmatischer Weg: Vereinfachte Modelle, klare Eingabedaten
Durch Vergleiche verschiedener
Simulationsmodelle konnten wir heraus finden, worauf es wirklich
ankommt, um auch mit vereinfachten Modellen und vertretbarem
Aufwand bei der Datenaufnahme zuverlässige Bilanzen zu erstellen
[Feist 1994]. Der Weg zu den zulässigen Vereinfachungen ist
in der Publikation [AkkP 13] beschrieben. Es mag überraschen,
dass mit einem sehr einfachen Modell, nämlich durch
- Behandlung des ganzen
Hauses als eine Zone
- Berechnung von Monatsenergiebilanzen
statt zeitaufgelöster instationärer Simulation
bereits eine für
praktische Planungszwecke ausreichende Genauigkeit erzielt werden
kann (vgl. Abb. 3 in der linken Spalte).
Die Vorteile einer weitgehenden Vereinfachung liegen nicht nur in
dem übersichtlicheren Berechnungsgang: Sie liegen vor allem
- im viel geringeren
Aufwand für die Datenerhebung (weil nur noch die Daten der
Gebäudehülle und der Lüftung ermittelt werden müssen),
- in den dadurch verringerten
Fehlerquellen bei der Erstellung und der leichteren Überprüfbarkeit
des Berechnungsgangs (Prüfingenieuren graut es bei der Vorstellung,
zur Qualitätssicherung bei einem Gebäude die Richtigkeit
eines Eingabedatensatzes für eine numerische Simulation überprüfen
zu sollen)
- in der Konzentration
auf die eigentlich wichtigsten Einflussgrößen und
- in der Einbeziehung
wirklich aller dieser wichtigen Einflussgrößen.
Der letzte Punkt sei
kurz erläutert: Die meisten hochentwickelten Simulationsprogramme
sind zwar bei bestimmten physikalischen Prozessen sehr genau (z.B.
bei der instationären Wärmeleitung oder beim Strahlungswärmeaustausch),
aber sie vergröbern das Modell an anderer Stelle (z.B. bei
der winkelabhängigen Strahlungstransmission durch Verglasungen
oder bei der Verschattung der Solarstrahlung durch Balkonüberstände,
Laibungen etc.). Wirklich "alle" relevanten Prozesse "physikalisch
angemessen genau" behandeln zu wollen, das schafft bisher kein
einzelnes Programm - und auch künftig würde ein solches
Programm ziemlich komplex aufgebaut sein, wodurch wieder zusätzliche
Fehlermöglichkeiten entstehen.
Natürlich ist jede
Vereinfachung mit einem Verlust an Genauigkeit verbunden - jedes
nicht ganz korrekte Eingabedatum in ein komplexes Modell führt
aber ebenso zu Genauigkeitsverlusten. Und, pragmatisch betrachtet,
ist die mögliche Genauigkeit einer Berechnung beim (wetterabhängigen!)
thermischen Verhalten von Gebäuden ohnehin begrenzt. Wir
argumentieren hier ausdrücklich nicht gegen den Einsatz
von Simulationsprogrammen. Ganz im Gegenteil, für die Wissenschaft
ist dies der einzig richtige Weg. Für den praktischen Planungsprozess
bei einem bereits bewährten Baukonzept kann aber die Verwendung
vereinfachter, an die Planungsaufgabe optimal angepasster Rechenverfahren
wegen der geringeren Fehlermöglichkeiten sogar genauer sein.
Das für den Bau
von Passivhäusern in Europa optimal eingestellte Verfahren
ist inzwischen tausendfach bewährt: das PHPP. Das PHPP wurde
an Simulationsrechnungen mit aufwendigen instationären Modellen
kalibriert.
Warum
ist das PHPP für energieeffiziente Gebäude genauer als
herkömmliche Verfahren?
Das PHPP wurde systematisch
durch Abgleich der Ausnutzungsgradfunktion auf die Ergebnisse
instationärer Simulationen entwickelt [AkkP 13]. Verwendet
wurden dabei ausschließlich solche Simulationsmodelle, die
zuvor an Messungen in gebauten Passivhäusern validiert worden
sind (vgl. Abb. 2 links oben). Der Abgleich
wurde für den Standard von Passivhäusern vorgenommen -
also für Objekte, die einen sehr geringen Heizwärmebedarf
haben. An dieser Stelle weicht die Berechnung nach dem PHPP auch
ein wenig von der europäischen Norm EN 832 ab. Die Abweichung
ist allerdings für gewöhnliche Gebäude nicht bedeutend
- erst bei Objekten mit extrem langen Zeitkonstanten wirkt sie sich
aus; die EN 832 ist dann zu optimistisch.
Die Ergebnisse des PHPP
wurden in der Folge außerdem immer wieder mit Messwerten aus
hinreichend großen Stichproben gebauter Passivhäuser
verglichen (vgl. Abb. 4 auf der linken Seite).
Dieser Vergleich zeigt regelmäßig eine sehr gute Korrelation.
Im PHPP sind eine Reihe
von Randbedingungen deutlich anders gewählt als z.B. im Berechnungsgang
der deutschen Energieeinsparverordnung (EnEV). Für diese Änderungen
gibt es wichtige Gründe, die im Einzelnen in [Feist 2001] diskutiert
werden:
- Für die inneren
Wärmequellen sind bei Wohngebäuden mit effizienten
Hausgeräten in der Heizperiode Werte um 2.1 W/m² (±0.3)
realistisch (und nicht 5 W/m² wie häufig angenommen).
Das PHPP enthält im Übrigen ein Berechnungsblatt, mit
dem die inneren Wärmequellen beim spezifischen Bauprojekt
genauer bestimmt werden können. Zu hoch angenommene innere
Wärmequellen führen zu der Illusion, dass sehr niedrige
Verbräuche oder sogar Nullheizenergiehäuser schon bei
mäßigen Baustandards möglich wären. Die Praxis
belegt, dass dies nicht stimmt.
- Für die mittlere
Raumtemperatur ist derzeit ein Wert von 20°C
eine realistische Annahme (und nicht 19°C).
- Für die Solargewinne
sind realistische Verschattungsfaktoren und Ansätze
für die immer vorhandene Verschmutzung zu berücksichtigen.
- Die pauschalen Temperaturkorrekturfaktoren
werden oft für gut gedämmte Gebäude zu niedrig
angesetzt. Z.B. für Dachgeschossdecken liegen realistische
Werte nicht bei 0.8, sondern bei 1.0.
- Der Ansatz für
einen "zusätzlichen Luftwechselrate infolge Undichtheiten
und Fensteröffnen" beträgt bei der EnEV pauschal
0.15 h-1 bei Abluftanlagen und 0.2 h-1
für balancierte Anlagen mit Wärmerückgewinnung
- jeweils viel zu hohe Werte. Korrekt muss, wie im PHPP und in
DIN EN ISO 832, von der erreichten Luftdichtheit, d.h. dem gemessenen
n50-Wert ausgegangen werden.
Diese und weitere Punkte
führen zu Unterschieden bei den Berechnungen, die für
energieeffiziente Gebäude relevant sind.
Mehr
als nur eine Energiebilanz
Das PHPP ist aber primär
nicht entwickelt worden um irgendwelche Nachweise zu führen.
Das PHPP ist vielmehr ein Planungs-Werkzeug, mit dem der Architekt
und die Fachplaner ihren Passivhaus-Entwurf fachgerecht projektieren
und optimieren können. Das PHPP enthält Auslegungshilfen
für die Fenster (in Hinblich auf optimale Behaglichkeit), für
die Wohnungslüftung (in Hinblich auf optimale Luftqualität
bei immer noch ausreichender Luftfeuchtigkeit) und für die
Gebäudetechnik. Mit dem PHPP wird das gesamte Haus wirklich
als Einheit behandelt, inklusive der Lüftung und der übrigen
Haustechnik. Das Handbuch zum PHPP beschränkt sich nicht auf
die Erklärung der Eingabedaten für die Tabellenkalkulation,
vielmehr gibt es im Handbuch zahlreiche Tipps für eine optimierte
Anordnung von Bauteilen (luftdicht, wärmebrückenfrei und
kostengünstig), für den Planungsablauf und für die
Qualitätssicherung.
Dieser
Link führt zu Basisinformationen zum Thema Passivhaus.
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Autor: Dr. Wolfgang
Feist, Leiter des PHI
Link zur Homepage
des Passivhaus Institutes:
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Literaturverzeichnis:
[AkkP 5] Energiebilanz
und Temperaturverhalten; Protokollband Nr. 5 des Arbeitskreises
kostengünstige Passivhäuser, 1. Auflage, Passivhaus Institut,
Darmstadt 1997 (Link
zur Publikationsliste, PDF,
200kB)
[AkkP 13] Energiebilanzen
mit dem Passivhaus Projektierungs Paket; Protokollband
Nr. 13 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser,
1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 1998 (Link
zur Publikationsliste, PDF,
200kB)
[AkkP 20] Passivhaus-Versorgungstechnik;
Protokollband Nr. 20 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser,
1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2000 (Link
zur Publikationsliste, PDF,
200kB)
[Feist 1994] Thermische
Gebäudesimulation; 1. Auflage, 366 Seiten, 1994 (Link
zum Simulationsprogramm DYNBIL)
[Feist 2001] Stellungnahme
zur Vornorm DIN-V-4108-6:2000
aus Sicht der Passivhausentwicklung,
CEPHEUS-Bericht, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2001
(Link
zur Publikationsliste, PDF,
200kB)
[PHPP 2007] Feist, W.;
Pfluger, R.; Kaufmann, B.; Schnieders, J.; Kah, O.: Passivhaus
Projektierungs Paket 2007, Passivhaus Institut Darmstadt,
2007 (Link zur Beschreibung: PHPP-Inhalte).
Ein komplexes Modell, das alle physikalischen Wärmetransport-Mechanismen
von Grund auf abbildet ist gut geeignet für systematische wissenschaftliche
Untersuchungen (aus [Feist 1994]). Das "Schaltbild" oben
zeigt einen Ausschnitt (ein Raum) aus dem DYNBIL-Modell des Passivhauses
Darmstadt Kranichstein. Mit diesem Modell wurden grundlegende Untersuchungen
durchgeführt - und ein Vergleich zwischen detaillierten Messungen
und der Simulation (Abb. 2 oben links). Dieses
Modell wurde dann auch dazu verwendet, den Rechengang nach PHPP
zu kalibrieren. (Klicken Sie auf das Modellschaltbild um eine besser
aufgelöste Version zu erhalten).
aktualisiert:
17.05.2007 Dr. Wolfgang Feist
©
Passivhaus Institut; unveränderte Wiedergabe unter Angabe der
Quelle gestattet |