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Kurztitel: EnEff:Stadt - Wohnanlage München Lilienstraße
Förderkennzeichen: 0327400L
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 01/2009 bis 07/2015
Themen: Sanierung von Siedlungen, Dezentrale Energieerzeugung, Betriebsführung & Energiemanagement, Solare Wärme, Betriebsoptimierung
Standort: München, 81669 München-Haidhausen Au, München, Bayern
Innovation: Gasmotor-Wärmepumpe in Verbindung mit Grundwassernutzung im Betrieb optimiert, Einsatz dezentraler Heizungspumpen und der Anodischen Oxidation für den Legionellenschutz untersucht.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Energieversorgung soll nach der Sanierung einer 1950er Jahre Wohnsiedlung CO2-neutral werden
  • Fassadendämmung mit Vakuumisolationspaneelen sowie Resol-Hartschaumplatten erreichen sehr guten Wärmeschutz
  • Prototyp einer Gasmotor-Wärmepumpe im Projekt getestet
  • Dezentrale Heizungspumpen ermöglichen eine raumweise Beheizung
  • Vakuumröhrenkollektoren übernehmen 20% der Trinkwassererwärmung

Ein richtungsweisendes Projekt zur Sanierung einer Wohnanlage ist die Siedlung Lilienstraße Nord in München-Haidhausen. Die Sanierung des typischen 1950er Jahre-Quartiers mit dem Fokus auf baulichem Wärmeschutz ist mittlerweile abgeschlossen. Die Gebäude wurden aufgestockt, der Wärmeschutz erheblich verbessert und die Energieversorgung sollte CO2-neutral werden. Neben den teils innovativen Wärmeschutzmaßnahmen an der Gebäudehülle ist vor allem der Einsatz innovativer haustechnischer Komponenten bemerkenswert. Weil die Wohnanlage nicht mit Fernwärme versorgt werden kann, entschied sich die Eigentümerin GWG für den Einsatz einer Gasmotor-Wärmepumpe samt Gasbrennwert-Spitzenlastkessel sowie für eine solarthermische Anlage.

Projektkontext

Ausgangssituation

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. Die vorhandene Blockbebauung wurde im Rahmen der geplanten Sanierung durch Neubaumaßnahmen ergänzt und verdichtet (Aufstockung und Neubau).
Die raumweise Beheizung wird mit dem dezentralen Pumpensystem Geniax geregelt. Als energiesparenden Legionellenschutz gibt es eine anodische Oxidation.

Ansicht der vier Wohnblöcke vor der Sanierung aus der Vogelperspektive.

© Fraunhofer IBP

Umgebungsplan des Wohnquartiers.

© GWG

Weitere Abbildungen

Luftbild der Wohnsiedlung vor Sanierung.

© GWG

Westansicht des Zwischenbaus (Haus 35) nach Sanierung. Auf dieser Seite des Daches befindet sich die Photovoltaikanlage.

© GWG

Hofansicht bzw. Westansicht des Gebäudes 45-49 nach Sanierung.

© GWG

Baustelle Lilienhof: Stand der Bauarbeiten Ende April 2012.

© GWG

Ausgangszustand: Ostansicht des Durchgangs zwischen den Wohnblöcken, Häuser 33 und 41

© Fraunhofer IBP

Ausgangszustand: Eingangssituation Haus 43.

© GWG

Ausgangszustand: Rückseite bzw. Ostansicht der Häuser 23-25.

© Fraunhofer IBP

Die Gasmotorwärmepumpe am Bestimmungsort

© GWG

Projektziele und Motive

Die GWG Städtische Wohnungsgesellschaft München mbH als Wohnbauunternehmen, das sich dem nachhaltigen und umweltbewussten Bauen verpflichtet fühlt, hatte die Idee des Fachprogramms "EnEff:Stadt - Forschung für die energieeffiziente Stadt" aufgegriffen und möchte sie beispielhaft realisieren. Hierzu wurde unter Beteiligung des Architekturbüros Stocker sowie den Ebert Ingenieuren und des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) ein innovatives und vorbildhaftes energetisches Sanierungskonzept für eine Wohnanlage aus den 50er Jahren entwickelt.
Ziel des Projekts war eine beispielhafte energetische Sanierung der Wohnanlage auf einen Primärenergiebedarf für Beheizung und Trinkwarmwassererwärmung, der mindestens 50% unter dem gemäß Energieeinsparverordnung EnEV2007 zulässigen Wert eines Neubaus liegt. Der CO2-Ausstoß des verbleibenden Endenergiebedarfs sollte durch regenerative Stromerzeugung in der Weise vor Ort kompensiert werden, dass über ein Jahr betrachtet keine CO2-Emissionen freigesetzt werden und eine CO2-neutrale Energieversorgung der Wohnanlage gewährleistet ist.

Modernisierung, energetische Sanierung, Aufstockung

Die zum großen Teil einseitig orientierten Kleinwohnungen mit gefangenen Räumen wurden zu größeren Wohnungen zusammengelegt. Es erfolgte die Neuorganisation der Grundrisse, der Anbau von Balkonen und die barrierefreie Erschließung mit Aufzügen. Die bestehenden Wohngebäude wurden jeweils um ein Geschoss aufgestockt. Es entstanden ein Neubau über der Abfahrt sowie ein 4-geschoßiger Neubau im südlichen Bereich des Areals. Zusätzlich wurde im Innenhof eine Tiefgarage gebaut. Die Gesamtzahl der Wohnungen reduzierte sich samt Neubaumaßnahmen von bisher 149 auf 140. Mit Wohnflächengewinn von ca. 2.825 m² beträgt die Gesamtwohnfläche nach Abschluss der Maßnahmen ca. 9.338 m².

Die Außenwände bestehender Gebäude erhielten ein Dämmsystem aus Resol-Hartschaum (WLG 022). Für die der Straßenseite zugewandten Fassaden wurde eine Dämmung aus Vakuumisolationspaneelen (VIP) vorgesehen. Dieses Dämmsystem ist ein zweilagiges überdeckendes System, das so genannte VIP-Lock-System, welches die anwendungsspezifischen Probleme beim Einsatz eines VIP-Paneels best möglich löst. Die Fenster wurden 3-fach wärmeschutzverglast in hocheffizienten Rahmen ausgeführt, die Kellerdecken durch im Estrich der Erdgeschosse eingelegte Vakuumdämmpaneele gedämmt.

Die neuen Wohnungsgrundrisse nach Sanierung.

© GWG

Wärmeversorgung im Betrieb optimiert

Die Bestandswohnungen waren bis zur geplanten Sanierung mit Einzelöfen beheizt worden - mit Kohle oder Gas befeuert. In manchen Wohnungen befanden sich Elektroheizgeräte; einige Wohnungen waren auch mit Gasetagenheizungen ausgestattet. Das Brauchwasser wurde dezentral und überwiegend mit Gasdurchlauferhitzern erwärmt. Die zukünftige Wärmeversorgung der vier sanierten Bestandsgebäude sowie der Neubauten wird über eine zentral angeordnete Heizzentrale erfolgen. Für die Beheizung der Wohnungen wird nun die oberflächennahe Geothermie genutzt. Umgebungswärme auf niedrigem Temperaturniveau wird dabei mittels einer Wärmepumpe für Heizzwecke verfügbar gemacht - in Form einer direkten thermischen Nutzung von Grundwasser. 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.

Schema der Heizzentrale und Warmwasserbereitung

© GWG

Gasmotor-Wärmepumpe als Prototyp

Die Gasmotor-Wärmepumpe in Verbindung mit der Grundwassernutzung wurde für dieses Projekt eigens angefertigt. Voraussetzung für einen primärenergetisch sinnvollen Einsatz der Wärmepumpe waren möglichst niedrige Temperaturen auf der Heizwasserseite. Diese setzen einerseits einen niedrigen Heizwärmebedarf voraus - durch den inzwischen sehr guten baulichen Wärmeschutz der Gebäude. Andererseits waren dafür geeignete Wärmeübergabesysteme erforderlich. Aus regelungstechnischen Gründen waren Heizkörper vorgesehen. Nur in einem Gebäudebereich wurde auf etwa 10% der Gesamtfläche eine Fußbodenheizung umgesetzt. Zur Gewährleistung höherer Vorlauftemperatur der Heizkreise im Auslegungsfall und zur Deckung der Spitzenlast diente ein zusätzlicher Gas-Brennwertkessel. Diese Kombination ermöglicht theoretisch eine optimierte Betriebsweise der Gasmotorwärmepumpe nämlich bei niedrigen Vorlauftemperaturen sehr hohe Effizienzwerte (COP) zu erreichen. Doch aufgrund des prototypischen Charakters des nicht marktverfügbaren Aggregats blieb die Leistung der Gasmotor-Wärmepumpe trotz erheblicher Anstrengungen im Projekt deutlich hinter den Erwartungen zurück. Aus diesem Grunde wurde auch die angestrebte CO2-Neutralität nicht erreicht.

Solare Trinkwassererwärmung

Ca. 20% der Wärme wird über ein solarthermisches Röhrenkollektorfeld mit einer Fläche von 234 m² gewonnen. Das Systemkonzept für die Trinkwassererwärmung wurde dahingehend optimiert, dass sowohl der LowEx-Ansatz bestmöglich realisiert, als auch den Anforderungen an eine Legionellen-Prophylaxe hinreichend Rechnung getragen wird. Aus diesem Grund entschied man sich für den Einsatz einer anodischen Oxidations-Anlage.

Energetisch optimiertes Gesamtsystem

Die Wohnungen sollen nun ausschließlich natürlich über die Fenster belüftet werden; auf eine kontrollierte Wohnungslüftung wurde bewusst verzichtet. Zur Unterstützung von energieeffizientem Nutzerverhalten (Vermeidung von Dauerlüften) wurden Fensterkontakte eingesetzt, die bei geöffnetem bzw. gekipptem Fenster den Heizwasserdurchfluss durch die Heizkörper stoppen. Das komplexe Zusammenwirken der Einzelkomponenten zu einem energetisch optimierten Gesamtsystem erforderte ausgefeilte hydraulische und regeltechnische Konzepte. Aufgrund dieser Anforderungen wurde der Einsatz dezentraler Heizungspumpen vom Typ Geniax favorisiert. Diese extrem kleinen Pumpen werden direkt am Heizkörper angebracht. Bei dieser Lösung kann auf  Thermostatventile, Drosselventile sowie auf den Einsatz zentraler Heizkreispumpen verzichtet werden. Die Chancen des dezentralen Pumpen-Systems bestehen in einer bedarfsgerechten Wärmeverteilung und Wärmeübergabe, einer Verbesserung der Regelgüte sowie einer Reduzierung der Rohrnetzwiderstände. Hieraus resultieren Einsparpotenziale für Strom und Nutzwärme. Zum Betrieb der Anlage muss nicht nur die Energie in Form von Gas, sondern auch elektrischer Strom für den Pumpenbetrieb zugeführt werden. Diese Energie wird in nahezu gleicher Größenordnung (Primärenergie) durch die auf den restlichen Dachflächen (etwa 1.400 m²) verlegten Photovoltaik-Elemente gewonnen. Der erzeugte Strom wird in das Netz der Stadtwerke München GmbH eingespeist.

Anbringen der zweiten Lage des VIP-Lock-Systems.

© Fraunhofer IBP

Dezentrale Heizungspumpe von Wilo-Geniax, direkt am Heizkörper angebracht

© GWG

Betriebsdiagnose, Optimierung, Evaluierung

Im Rahmen eines über zwei Jahre angelegten wissenschaftlichen Messprogramms wurden Messwerte erfasst, analysiert und für die kontinuierliche Betriebsoptimierung nutzbar gemacht. Dabei wurde auf die Methodik der sog. Betriebsdiagnose zurückgegriffen. Im Projekt "Lilienstraße Nord München" sollte über die gesamte Energiekette von der Erzeugung über Transport bis zur Anwendung der Einsatz hochwertiger Exergie minimiert werden (LowEx-Ansatz). Die Mess- und Validierungsphase ist inzwischen abgeschlossen. Der Projekt-Abschlussbericht stellt die Ergebnisse der ersten Betriebsjahre vor.

Wirtschaftlichkeit

In diesem Forschungsprojekt sollte auch die Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Haustechnik untersucht werden. Aus wohnungswirtschaftlicher Sicht ist sie dann gegeben, wenn Serienprodukte mit Marktpreisen für vergleichbare Alternativen beschafft werden können. Dies trifft derzeit weder auf die Gasmotor-Wärmepumpe noch auf das Geniax-Heizungspumpensystem zu. Auch die anodische Oxidation kann erst bei sinkenden Preisen wirtschaftlich werden.

Letzte Aktualisierung: 8. April 2017

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