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Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität

Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität heißt ein Modellprojekt der Bundesregierung, das mehr Nutzenergie bereitstellen soll als für den Betrieb des Hauses durch eine vierköpfige Familie und die Nutzung von zwei Elektrofahrzeugen innerhalb eines Jahres benötigt wird. Es dient als Forschungs- und Modellvorhaben im Rahmen der Forschungsinitiative "Zukunft Bau" des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) sowie als Informations- und Anschauungsobjekt für Effizienzhäuser Plus. Das Gebäude wurde in Zusammenarbeit des Instituts für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart und des Architekten Werner Sobek entwickelt.

Lage

Das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität steht in Berlin im Stadtteil Charlottenburg in der Fasanenstraße 87a auf dem Grundstück der Bundesanstalt für Immobilienaufgaben, gegenüber der Universität der Künste Berlin unweit des Bahnhofs Berlin Zoologischer Garten.

Definition Effizienzhaus Plus

Gebäude werden als Effiziezhäuser Plus bezeichnet, wenn sie sowohl einen negativen Jahres-Primärenergiebedarf (ΣQP < 0 kWh/m2a) als auch einen negativen Jahres Endenergiebedarf (ΣQE < 0 kWh/m2a) vorweisen können. Alle sonstigen Bedingungen der Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV) wie z. B. die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz müssen ebenfalls eingehalten werden. Als Nebenforderung müssen Haushaltsgeräte der höchsten Effizienzklassen genutzt werden und intelligente Zähler eingebaut sein. Zudem muss bei einem Effizienzhaus Plus der pauschalierte "Erneuerbare Energien-Eigennutzungsgrad" der auf dem Grundstück gewonnenen erneuerbaren Energien (selbstgenutzte Energie / geerntete Energie) bilanziert werden.

Architektur

Das Architekturkonzept des Effizienzhauses Plus mit Elektromobilität folgt einer möglichst kompakten Architektur. Der Entwurf zielt darauf ab, möglichst geringe Wärmeverluste durch die Gebäudeaußenhülle zuzulassen, sowie die Leitungswege möglichst kurz zu halten. Das technische Equipment befindet sich in dem von außen einsehbaren, so genannten "Energiekern", einem Technikraum auf der Straßenzugewandten Seite des Gebäudes. Das Erdgeschoss ist, mit Ausnahme der Kücheneinrichtung, barrierefrei konzipiert. Das Obergeschoss ist barrierearm. Bei Bedarf kann das gesamte Geschoss ebenso wie der Zugang hierzu ohne wesentliche bauliche Veränderungen barrierefrei gestaltet werden. Das Haus ist modular aufgebaut und kann bei Bedarf für völlig andere Belange und Anforderungen umgenutzt werden. Die Wohnräume verteilen sich auf zwei Ebenen: Im Erdgeschoss liegt der Wohn- und Essbereich, die Schlafzimmer im Obergeschoss. Der "Energiekern", der alle technischen Funktionen des Hauses beherbergt, stellt die Schnittstelle zwischen Immobilie und Mobilität dar. In dem der öffentlichen Straße zugewandten Schaufenster parken und laden die Elektrofahrzeuge des Hauses.

Wettbewerb

Im der 2. Jahreshälfte 2010 wurde ein Architektur- Realisierungswettbewerb ausgelobt. Ziel war war es, "anhand eines real gebauten, architektonisch attraktiven Forschungs-Pilotprojektes den Stand der Entwicklung in der Vernetzung von energieeffizientem, nachhaltigen Bauen und Wohnen in der Bundesrepublik Deutschland aufzuzeigen (s. BMVBS (2012))." Erster Preisträger war die Arbeitsgemeinschaft der Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren von Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Werner Sobek mit dem Institut für Gebäudeenergetik, dem Lehrstuhl für Bauphysik, dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement, Werner Sobek Stuttgart und Werner Sobek Green Technologies. Auszug aus dem Preisgerichtsprotokoll: "Dieses Konzept stellt in überzeugender Weise die Kombination zwischen energieeffizientem Wohnen und Elektromobilität dar. Die Interaktion zwischen Nutzer, Haus und Fahrzeugen wird intelligent … geplant … Als tragfähiges und architektonisch zeitgemäßes und anpassungsfähiges Konzept ist dies ein innovativer Beitrag." Mit dem 2. Preis wurde der Beitrag der Technische Universität Dresden ausgezeichnet, der 3. Preis ging an die Universität der Künste Berlin.

Technisches Gebäudekonzept und Konstruktion

Das Energiekonzept bezieht Energie aus zwei Quellen. Die Photovoltaik-Elemente auf dem Dach und an der Südfassade erzeugen Strom. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe gewinnt die im Winter notwendige Heizenergie aus der Außenluft. Er kann sofort oder nach Zwischenspeicherung in der hausinternen Batterie zu einem späteren Zeitpunkt verbraucht bzw. zum Laden der Elektromobilität verwendet werden. Darüber hinaus anfallender Strom kann in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist werden. Durch innovative Technologie und intelligentes Energiemanagement kann die Lithium-Ionen-Akkumulator bidirektional, d. h. sowohl als Energieverbraucher als auch als Energielieferant auch für das öffentliche Netz aktiv sein. Eine mechanische Be- und Entlüftung sorgt für eine sehr gute Innenraumluftqualität. Jeder bewohnte Raum des Hauses kann zusätzlich manuell über die Fenster belüftet werden. Die in der Abluft enthaltene Wärme wird über einen Wärmeübertrager zurückgewonnen, bevor die Fortluft des Gebäudes in den Zwischenraum zwischen Erdreich und aufgeständerter Bodenplatte abgeleitet wird. Die Beleuchtung des Hauses erfolgt über energieeffiziente Leuchtdioden. Die Beleuchtung ist dimmbar und kann über Präsenzmelder gesteuert werden.

Wandaufbau

Das Haus ruht auf einer Flachgründung aus vorgefertigten Streifen- und Einzelfundamenten aus Stahlbeton. Über diesen Fundamenten spannt freitragend die in Holztafelbauweise ausgeführte Bodenkonstruktion des Erdgeschosses. Auch das Dach und die Deckenkonstruktion sind – ebenso wie die tragenden äußeren und inneren Wände – in Holztafelbauweise hergestellt. Entlang der vollständig verglasten Ost- und Westfassade dienen einzelne Stahlstützen als zusätzliche Auflager für die Decken- und Dachkonstruktion. Die in Holztafelbauweise ausgeführten Bestandteile der Gebäudehülle sind durch eingeblasene Zellulosedämmung hoch wärmegedämmt. Die Außenwände erreichen somit einen Wärmedurchgangskoeffizient(U-Wert) von 0,11. Eine zusätzliche Hanfdämmung sorgt für hohen akustischen Komfort im Innenraum. Die großzügigen Glasfassaden sind mit Dreifach Mehrscheiben-Isolierglas versehen; der Scheibenzwischenraum ist mit dem Edelgas Argon gefüllt. Die Fenster erreichen einen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von 0,7. Die Glasfassade auf der Ostseite des Gebäudes besitzt darüber hinaus einen außenliegenden Sonnenschutz aus Aluminium-Lamellen, der sowohl automatisch als auch manuell gesteuert werden kann.

Förderprogramm

Mit dem Förderprogramm für Modellprojekte im Energiestandard wurde die Errichtung von Gebäuden gefördert, die deutlich mehr Energie produzieren, als für deren Betrieb notwendig ist. Diese überschüssige Energie soll insbesondere für die Elektromobilität zur Verfügung stehen. Gefördert werden ausschließlich Wohngebäude (Ein-, Zwei-, Reihen-, und Mehrfamilienhäuser), die in Deutschland errichtet werden. Die Gebäude sollen in der Lage sein, neben allen Funktionen des Hauses wie Heizung, Warmwasser, Beleuchtung, Haushaltsstrom, Elektrofahrzeuge oder weitere externe Nutzer wie z. B. benachbarte Häuser zu bedienen. Sie sollen unter realen, das heißt bewohnten Bedingungen getestet und evaluiert werden. Dazu wird den Bauherren seitens der Forschungsinitiative Zukunft Bau jeweils eine Expertengruppe zur Seite gestellt. Die Forschungsergebnisse werden anschließend veröffentlicht. Dank der gewonnenen Erkenntnisse soll das Energiemanagement von modernen Gebäuden verbessert und die notwendigen Komponenten für die energieeffiziente Gebäudehülle und die Nutzung Erneuerbare Energie fortentwickelt werden. Es werden 33 Modellprojekte gefördert. Die Mittel des Förderprogramms sind zur Zeit ausgeschöpft, das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung ist um Wiederauflage bemüht.

Elektromobilität im Effizienzhaus Plus

Folgende E-Modelle wurden von der Familie genutzt: • VW Golf Blue-e-Motion • Smart fortwo electric drive • Mercedes A-Klasse E-Cell • Audi A1 e-tron • BMW ActiveE • Opel Ampera

Zur Zeit steht als Ausstellungsobjekt wieder ein Modell des Opel Ampera zur Verfügung.

Verfügbare Ladesysteme

Neben der konventionellen Ladung über ein Ladekabel wurde auch eine Kontaktlose Energieübertragung im Schaufenster des Hauses installiert. Diese ermöglichte das kabellose Laden der Mercedes A-Klasse E-Cell. Über den Bordcomputer wurde das Fahrzeug in die richtige Position navigiert. Die Ladestation wurde nach der Versuchszeit demontiert und ist heute nur noch anhand der Einparkhilfe zu erkennen. Auch für die beiden Pedelecs Victoria Valencia wurde eine Induktionsladestation montiert. Diese befindet sich ebenfalls im Schaufenster des Gebäudes.

Forschungsthemen im Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität

Das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität dient als Forschungs- und Modellvorhaben im Rahmen der Forschungsinitiative "Zukunft Bau" des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS). Folgende Forschungsthemen wurden und werden behandelt: • Sozialwissenschaftliche Begleitforschung • Prädiktives Energiemanagement • Wärme- und Stofftransport in der Wärmedämmung • Dimensionierungswerkzeug für Hausbatterien • Evaluierung der Verwendung gebrauchter Li-Ionen Zellen • Stabilisierung von Stromnetzen mit Regelenergie

Monitoring

Gemäß dem Forschungsauftrag des Netzwerks "Effizienzhaus Plus" wird das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität wisschenschaftlich begleitet und die Ergebnisse und Erkenntnisse des Monitoring anschließend veröffentlicht. Beauftragt mit dem technischen Monitoring ist das Fraunhofer-Institut für Bauphysik. In einem ersten Kurzbericht des Fraunhofer-Instituts werden die ersten Ergebnisse des Monitoring bereits kommuniziert. Der prognostizierte Ertrag der Photovoltaik Anlage am Gebäude von 16.625 kWh konnte demnach nicht erreicht werden. Der Ertrag lag mit 13.306 kWh 20 % unter den Erwartungen. Als Gründe werden klima- und standortbedingte Faktoren genannt. Ebenfalls der Stromverbrauch im Haus lag mit 12.400 kWh rund 75 % höher als prognostiziert. Der größte Mehrverbrauch wurde bei der Wärmepumpe ermittelt, welche im Messzeitraum 5.865 kWh anstelle der prognostizierten 2.217 kWh verbrauchte. Dieser Mehrverbrauch wird auf die zu hohe Betriebstemperatur der Wärmepumpe zurückgeführt, aber auch das Nutzerverhalten und die Architektur dürfte einen Anteil an den Mehrverbräuchen haben.

Nutzungen

Das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität in der Fasanenstraße stand in den ersten drei Monaten nach der Eröffnung von 7. Dezember 2011 bis zum 29. Februar 2012 der Öffentlichkeit als Ausstellungsgebäude zur Verfügung. Anfang März 2012 zog die erste Testfamilie für 15 Monate in das Gebäude um die Effizienz des Hauses unter realen Bedingungen zu erforschen. Die vierköpfige Familie bewohnte das Haus bis Ende Mai 2013 und nutzte in dieser Zeit insgesamt sechs Elektrofahrzeuge verschiedener Hersteller für jeweils etwa 2 Monate. Außerdem konnten 4 Pedelecs von der Familie genutzt werden. Die Familie dokumentierte ihre persönlichen Erfahrungen mit dem Haus und den Elektrofahrzeugen in einem öffentlichen Blog und wurde vom Berliner Institut für Sozialforschung (BIS) das Jahr über begleitet und befragt. Seit der Wiedereröffnung am 8. Juni 2013 ist das Haus erneut für die Öffentlichkeit als Ausstellungs- und Veranstaltungsort geöffnet. Die Ausstellung informiert über Konzepte und Techniken des Energie effizienten Bauens und Wohnens.

Ausstellung im Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität

Mit der Einweihung des Effizienzhauses Plus mit Elektromobilität am 7. Dezember 2011 wurde das Gebäude bis zum Einzug der Familie drei Monate später als Modell- und Anschauungsobjekt öffentlich betrieben. Seit dem Auszug der Familie und der Wiedereröffnung des Hauses am 8. Juni 2013 konnte das Effizienzhaus Plus wieder, während der regulären Öffnungszeiten Mittwoch bis Sonntag, 13 bis 18 Uhr besichtigt werden. An diesen Tagen wurde zudem jeweils um 16 Uhr eine kostenlose Führung angeboten.

Unter dem Leitsatz "Ansehen – Informieren – Erleben" bietet das Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität interessierten Besuchern neuste Entwicklungen zum Anfassen. Welche Techniken dazu führen, dass dieses Haus mehr Energie erzeugt als es verbraucht, wird vor Ort gezeigt. Auf Flachbildschirmen, über Broschüren sowie im originalgetreuen Modell werden die Hintergründe des Gebäudes verständlich dargestellt. Ausstellungsbetreuendes Personal steht bei Fragen zur Verfügung. Als Rahmenprogramm werden Vorträge, Events und Beratungen angeboten. Sechs Themenwochen greifen Fragen zu den Themen: Energie, Bauen, Mobilität, Politik und Recht, Gesellschaft und Umwelt auf. In einer Ausbildungswoche werden spezifische Berufe und Studiengänge mit Verbindung zum energieeffizienten Bauen vorgestellt und in den Berliner Herbstferien werden einige Aktionen für Kinder angeboten.

Seit Anfang Mai bewohnt eine zweite Familie das Gebäude für einen weiteren 12-monatigen Alltagstest. Zur Optimierung der energetischen Bilanz ist eine neue Tür eingebaut worden, welche die thermischen Bereiche des Gebäudes effektiv trennen soll. Zudem wurde die Wärmepumpe des Gebäudes (ehem. Weißhaupt, aktuelle Rotex) ausgetauscht.


Experten Energie Effizienz Arnulf Klöpping