Spezifischer Energiebedarf Strom und Wärme

Die für Wohnzwecke genutzte Energie kann in die Kategorien Licht, Kraft und Wärme/Kälte unterteilt werden. Zur Kategorie Licht zählen Beleuchtung, IT-Infrastruktur inkl. Kommunikation und TV. Kraft ist für Aufzüge, für Motoren von Waschmaschinen, Kompressoren von Kühl-  und Gefrierschränken sowie Klimaanlagen und Wärmepumpen, für weitere Antriebe (Rollläden, Markisen etc.) und Motoren von smarthome Aktoren erforderlich. Wärme dient primär der Heizung, der Temperierung von Brauchwasser (Dusche, Spüle, Waschbecken), der Aufheizung in der Spülmaschine, der Waschmaschine und im Trockner sowie für die Aufbereitung von Speisen auf Kochfeld und im
Backofen genutzt. Kälte wird durch Klimaanlagen bereitgestellt, deren wesentlicher Energiebedarf durch den Kompressor und den Lüftungsventilator gegeben ist und damit in den zuvor beschriebenen Sektor „Kraft“ gehört.
Nicht alle aufgeführten Applikationen stehen in einem Zusammenhang mit den konstruktiven Eigenschaften eines Wohngebäudes. Relevant sind jedoch:

1. Beleuchtung (z.B. beeinflussbar durch Fensterflächen)
2. Aufzüge (z.B. beeinflussbar durch Gebäudehöhen)
3. Klimaanlagen (z.B. beeinflussbar durch Beschattungen)
4. Heizung (z.B. beeinflussbar durch Isolation)

Die Optimierung der gebäudeabhängigen Einflussparameter gelingt nicht ohne Kompromisse, da die Anforderungen in Teilen zueinander oder sogar auch – in Abhängigkeit der Saison – zu sich selbst gegensätzlich sind.
Zum Beispiel lassen große Fenster nicht nur Licht, sondern im Sommer auch Wärme und im Winter auch Kälte herein. Ideal ist es daher, das Licht insbesondere in den Morgen- und Abendstunden durch Fenster im Osten und Westen hineinzulassen, und im Süden durch eine vom Höhenwinkel der Sonne abhängige fixe Beschattung, die im Winter für das Sonnenlicht durchlässig ist, dies aber im Sommer aussperrt, zu erreichen, dass der Bedarf an Wärme und Kälte sinkt. Das kann für ein Erdgeschoss mit einer einfachen Pergola realisiert werden. In der ersten und zweiten Etage könnten es ein festes Vordach oder aber flexible Fensterläden sein. Je höher das Gebäude ist, umso komplizierter werden derartige Sonnenschutzelemente.

Es versteht sich von selbst, dass moderne Fenster 3-fach verglast mit besonders gut dichtenden Rahmen ausgeführt werden sollten.

Aufzüge sind laut § 39, Abs. 4 der Bauordnung NRW bei neuen Gebäuden mit mehr als drei oberirdischen Geschossen verpflichtend. Ausgenommen von dieser Vorschrift sind Ein- und Zweifamilienhäuser. Hochhäuser mit einer Gebäudehöhe von mindestens 22 m müssen gleich zwei Aufzüge vorhalten davon muss mindestens einer für den barrierefreien Transport von Kinderwägen, Rollstühle, Krankentragen und Lasten geeignet sein. Die Aufzugsschächte müssen aus Brandschutzgründen vom Treppenhausschacht getrennt werden. Durch den Einbau der Aufzüge wächst daher der Bedarf an versiegelter Grundfläche der Gebäude.

Ist ein Gebäude mit einem Aufzug ausgestattet, erhöht sich der Stromverbrauch signifikant. Der Energiebedarf bei Fahrten für den Antriebsmotor und bei Fahrten sowie im Standby für die Steuerung, die Bedienung und die Beleuchtung kann nach der Norm VDI 4707 2009-3 prognostiziert werden: Bei einer Gebäudehöhe von 21 m (7 Geschosse) und einem Aufzug sind es etwa 9.000 kWh jährlich. Bei 18 Wohngeschossen und 2 Basisgeschossen sind es 23.500 kWh jährlich. Nicht berücksichtigt sind die „touristischen“ Fahrten, die dem Zweck dienen, einmal aus 60 m Höhe aus dem Flurfenster zu schauen. Neben dem Energieverbrauch und dessen CO2-Belastungen müssen die Nebenkosten für Energie, Wartung und Instandhaltung berücksichtigt werden.

Ideal ist, was die Ausstattung mit Aufzügen angeht, eine 3-geschossige Bauweise. Eine Steigerung auf mehr als 7 Geschosse sollte jedoch auf jeden Fall vermieden werden.

Der Heizungswärmebedarf ist abhängig von der Ausgestaltung der Wohnungen. Die Wärme fließt stets vom wärmsten Punkt über die Außenwände, Decken bzw. Dach und Keller zum kältesten Punkt, der im Winter durch die Umgebungsluft gegeben ist.

Bei einem Reihenhaus mit bewohnten Nachbarwohnungen gleichen sich die Wärmeströme über die Zwischenwände aus, da jeweils beide Wohnungen beheizt werden. Es bleiben die Wärmeverluste über die Front- und Gartenwände sowie über das Dach und den Keller.

Bei einem Hochhaus mit bewohnten Etagen gleichen sich die Wärmeströme über die Decken untereinander aus. Unter der Annahme, dass jede Etage 4 Wohnungen hat, gilt dieser Ausgleich auch für die Zwischenwände zwischen den Wohnungen. Es bleiben die Wärmeverluste über alle Außenwände. Diese befinden sich statt in einer Höhe von unter 20 m in einer Höhe von bis zu 60 m.

Die Wärmeverluste durch die Außenwände sind proportional zur Temperaturdifferenz (Innenraumtemperatur – Umgebungstemperatur) und umgekehrt proportional zum Isolationsgrad der Gebäudehülle. Die wesentliche Abkühlung erfolgt durch die Bewegung kalter Außenluft. Die Windgeschwindigkeit nimmt mit der Höhe zu und beträgt bei 60 m etwa das Doppelte von den Geschwindigkeiten bei 6 m. Auch die Temperaturen der Anströmung von solitär stehenden Hochhäusern ist im Winter geringer, als die von üblichen Reihenhäusern: Die aufgrund der Wärmeverluste der Nachbargebäude und aufgrund des stärkeren Absorption von Sonnenenergie um etwa 3 Grad bis zu 10 Grad erhöhte Durchschnittstemperatur in Städten liegt nur in den unteren Etagen an.

Im Ergebnis haben Wohnungen in den oberen Etagen von Hochhäusern im Winter einen deutlich höheren Wärmebedarf wie Wohnungen in niedrigen Reihenhäusern.