Erkenntnisse gegen den Strich Dämmen, Dichten, Lüften

Dämmen, Dichten, Lüften: Erkenntnisse gegen den Strich

Ein neuer Standard macht Schule in Deutschland: Das Passivhaus ist mit mittlerweile fast 800 Wohneinheiten aus der Demonstrationsphase herausgewachsen.
Wolfgang Feist, Passivhaus Institut, Darmstadt

(15. Oktober 2003, Erstveröffentlichung aus ED 04/2001)

Umweltpreisträger 2001: Dr. Wolfgang Feist

Gegenüber durchschnittlichen Verbräuchen im Gebäudebestand erreicht ein gutes Passivhaus eine Energieeinsparung von annähernd 90% (Abb. 1). Damit ist der Passivhaus-Standard ein Beispiel für ein nachhaltiges Konzept, bei dem die Umwelt nur mit einem Zehntel des sonst üblichen belastet wird.
Beispielsweise wurde in den 22 Reihenhäusern der ersten Passivhaus-Siedlung in Wiesbaden ein Heizenergieverbrauch von weniger als 14 kWh/(m2a) gemessen.
Passivhäuser beruhen im wesentlichen auf drei Konzepten:

• Dämmen
• Dichten und
• Lüften.

Nun, die bewohnten Passivhäuser funktionieren. Mithin haben sich die drei konzeptionellen Säulen offensichtlich bewährt.

Dämmen

Noch immer halten selbsternannte Experten das Gerücht vom "Unsinn der Wärmedämmung" und die Falschbehauptung, nicht Wärmedämmung, sondern Wärmespeicherung allein könne zur Energieeinsparung beitragen, aufrecht.

In dieser Frage sind die Aussagen der Physik ganz eindeutig.
Eindrucksvoll wird das durch den Erfolg der Passivhäuser demonstriert: Allein die Wärmedämmung bestimmt die Heizenergiebilanz im Winter maßgeblich, die Wärmespeicherung ist völlig unbedeutend.
Um überhaupt Passivhäuser bauen zu können, musste man von der Wirksamkeit der Wärmedämmung überzeugt sein. Mehr noch: Man musste auch darauf vertrauen, dass bis dahin sogar von der etablierten Bauforschung für unsinnig gehaltene Dämmstoffstärken von 30 cm und mehr die vorausberechnete Wirkung bringen.

Das Vertrauen in die Physik hat sich bewährt: Die Temperaturverläufe in den dick gedämmten Aussenwänden von Passivhäusern entsprechen im Rahmen der Messgenauigkeit den theoretischen Erwartungen. Die Heizenergieverbräuche in den Häusern sind tatsächlich so unglaublich gering wie mit der dynamischen Gebäudesimulation vorhergesagt.

Wirtschaftlichkeit der Dämmung

Auch die Frage der Wirtschaftlichkeit großer Dämmstoffdicken wurde immer wieder kontrovers diskutiert. Wenn heute hochwertige Dämmstoffe für etwa 25 Euro auf den Kubikmeter am Markt erhältlich sind, dann zeigt dies, dass daran die Finanzierung eines Neubaus kaum wird scheitern können.
Hat ein großes Einfamilienhaus etwa 500 m2 Außenoberfläche und setzen wir für eine durchschnittliche Passivhaus-Dämmung 30 cm Dicke an, so kostet der gesamte Dämmstoff für das Haus gerade 3.750 Euro (oder etwa 25 Euro auf den Quadratmeter Wohnfläche). Das sind etwa 2% heutiger durchschnittlicher Baukosten und liegt deutlich unter den Kosten einer Heizungsanlage.

(Abb.1) Energieverbrauch in einem durchschnittlichen Gebäude im Bestand (links) im Vergleich zum gemessenen Energieverbrauch in einem Passivhaus

Sicher, wenn dieses Geld unnötig und sinnlos ausgegeben würde, wär es schade drum - wenn wir aber wissen, dass durch eine solche Dämmung mehr als 1.000 Liter Heizöl im Jahr eingespart werden, und damit mindestens 350 Euro/a, hat sich die einmalige Investition schnell bezahlt gemacht.
Bei einer Nutzungsdauer von mindestens 30 Jahren für das Haus beträgt die (steuerfreie!) Rendite 9%. Sichere Anlageformen dieser Qualität muß man woanders lange suchen.
Zusätzlich zum Cashflow erhält der Nutzer aber noch einen anderen Wert: Bauschadensfreie Außenkonstruktionen und eine bedeutend bessere Behaglichkeit.

Dichten

Ein Vorurteil gleich vorneweg klargestellt: Wärmedämmstoffe sind nicht unbedingt luftdicht! Sehr wenig dicht sind Stoffe wie Mineralwolle und alle Schüttdämmstoffe. Aber selbst Hartschäume sind nicht perfekt luftdicht; allein vom Dämmstoff "Schaumglas" kann man das vielleicht beanspruchen. Auch sehr dicke Dämmlagen sind durchaus diffusionsoffen, es sei denn, sie sind aus besagtem Schaumglas.
Dämmstoffe sind also für sich nicht luftdicht - nichts desto weniger muss eine wirksam gedämmte Aussenhüllfläche aber luftdicht sein. Dies war Gegenstand noch viel heftigerer Diskussionen als der um das Dämmen. Lange Zeit galt das luftdichte Bauen als "baubiologische Sünde".

Auch hier gelten einfache Gesetze der Physik, die eindeutig ergeben, dass nur eine luftdichte Aussenkonstruktion dauerhaft schadensfrei bleiben kann: Entscheidend ist, dass Undichtheiten in einer Aussenhülle nicht nur von aussen nach innen, sondern häufig auch von innen nach außen durchströmt werden. Im letzteren Fall tritt von innen warme und feuchte Raumluft in die Fuge ein, kühlt sich in der Fuge ab und kann das enthaltene Wasser nicht mehr halten: Es kommt zur Tauwasserbildung in der Fuge.
In einer 1 m langen und nur 1 mm breiten Fuge kann auf diesem Weg am Tag mehr als 300 ml Wasser ausfallen. Keine Frage, dass das für die Bausubstanz schädlich ist.

Bauschäden durch Dichtheit?

Ein weit verbreitetes Vorurteil ist, dass durch verbesserte Luftdichtheit die Wahrscheinlichkeit für Bauschäden zunehmen würde. Daran wäre nur dann ein Stückchen Wahrheit, wenn nicht zugleich für eine hygienischen Notwendigkeiten gerecht werdende Wohnungslüftung gesorgt würde. Wer Dichtheit sagt, muß auch Wohnungslüftung sagen.

Lüften

Man ist also gut beraten, eine Gebäudehülle sorgfältig abzudichten und für den notwendigen Luftwechsel auf andere Art zu sorgen, als durch den zufällig von Wind und Kälte erzwungenen Luftzug.

Gut verpackt hält länger warm

Als erste Alternative bietet sich hier die bewusste Fensterlüftung durch den Nutzer an. Selbstverständlich bleibt einem Mieter in einer relativ luftdichten Wohnung ohne gesicherte Wohnungslüftung (d.h. ohne zumindest einen Abluftventilator) gar keine andere Wahl, als durch regelmäßiges Fensteröffnen Wasserdampf, Gerüche und Schadstoffe aus der Luft abzuführen. Solange dies so ist, muss die entsprechende Nutzeraufklärung fortgesetzt werden, die da heißt:

"Regelmäßig musst Du Dein Fenster öffnen, und zwar ganz. Du sollst es wenigstens 5 Minuten offenhalten, damit der Raumluftinhalt gänzlich ausgetauscht wird. Danach musst Du das Fenster wieder zumachen, denn sonst kühlen die Raumoberflächen unnötig aus - die Raumluft wird aber nicht mehr besser."
Jetzt fehlt nur noch die Angabe, wie oft die oben genannte Prozedur durchzuführen wäre. Sicher hat man in der Vergangenheit den notwendigen Luftwechsel in Wohngebäuden eher überschätzt (die Reinraumluftfraktion hat daran hohen Anteil, aber auch mancher Lüftungstechnikhersteller, da man lieber große teure als kleine preiswerte Anlagen verkauft).
Dass der notwendige Luftwechsel eher bei 0,4-fach in der Stunde als bei 0,8 liegt, lässt sich durch Messungen aus bewohnten Niedrigenergie- und Passivhäusern wissenschaftlich gesichert belegen:

• In Häusern mit Luftwechseln über 0,5-fach je Stunde wurde regelmäßig von den Bewohnern die Innenluft als im Winter zu trocken eingeschätzt. Auch das ist in guter Übereinstimmung mit der Physik, denn kalte Außenluft mit 85% rel. Feuchte von -5°C auf 20° erwärmt hat nur noch eine relative Feuchte von etwa 18%. Kommt die Feuchtigkeit aus der Wohnnutzung hinzu, dann ergibt sich eine Raumluftfeuchtigkeit unter 30%. Beschwerden darüber bleiben nicht aus; in allen Niedrigenergiehäusern, in denen Lüftungsplaner streng nach den damaligen lüftungstechnischen Vorstellungen einen 0,6 bis 0,8 fachen Luftwechsel eingestellt hatten, kam die Rückmeldung "zu trocken" postwendend.
• Andererseits liegen umfassende Raumluftqualitätsmessungen aus den Passivhäusern in Darmstadt Kranichstein vor, bei denen der effektive Luftwechsel in den Zulufträumen sogar bei nur etwa 0,3 fach pro Stunde liegt. Dieser Wert konnte hier genau gemessen werden, weil das Haus über eine Lüftungsanlage verfügt und wir wissen, dass die Fenster in den Wohnungen im Dezember und Januar geschlossen bleiben. Die Raumluftqualität bei einem allerdings gleichmäßig gesicherten 0,3-fachen Luftwechsel lässt in den Häusern in Kranichstein nichts zu wünschen übrig.

Superdämmung für das Passivhaus

Wie oft muß ich das Fenster nun öffnen?

Für einen 0,33-fachen Luftwechsel muss die Luft alle drei Stunden einmal ausgetauscht werden, will heißen: Fensteröffnen mindestens in einem Intervall von drei Stunden.
Das geht vielleicht noch am Tage, wenn wir uns in den Räumen aufhalten. Was macht aber eine berufstätige Familie? Wasserdampf und Gerüche sind gegenwärtig, auch wenn niemand in der Wohnung ist; das Wasser wird in den obersten Millimetern der Bauteile und Möbel per Kapillarkondensation gespeichert und allmählich wieder in den Raum freigesetzt. Wenn zeitweise überhaupt nicht gelüftet wird, dann sind die Gleichgewichtsfeuchtigkeiten hoch, mit den bekannten Auswirkungen, nämlich Schimmelbildung.

Und wie mache ich das mit dem Fensteröffnen alle drei Stunden in der Nacht im Schlafzimmer?
Die Deutschen sind in dieser Frage in zwei Fraktionen gespalten:

1. Die Frischluftfraktion: Weil die Luft sonst spürbar schlecht ist, wird das Fenster nachts im Schlafzimmer gekippt. Folge: etwa 3 bis 5 facher Luftwechsel, ausreichende Luftqualität, kaltes Schlafzimmer.
2. Jene, die das nicht können (Krach) oder wollen (Kälte), lassen das Fenster zu. Folge: warmes Schlafzimmer, morgens dicke Luft. Abb. 2 zeigt, welche CO2-Konzentrationen Dipl.-Phys. J. Werner unter solchen Bedingungen in einem 1984 gebauten Haus (kein Niedrigenergiehaus) gemessen hat.

Die Ergebnisse sind für beide Fraktionen unbefriedigend. Es musste eine bessere Lösung gefunden werden. In Schweden hat man uns auf die Sprünge geholfen.
Als J. Werner und der Autor 1986 im Rahmen einer Studienreise u.a. Prof. Bo Adamson an der Universität in Lund besuchten, fiel uns auf, dass in seiner Arbeitsgruppe durchgehend mit einem 0,5-fachen Luftwechsel in Wohnungen gerechnet wurde. Irgendwann haben wir Bo Adamson gefragt, woher er denn so genau wisse, dass der Luftwechsel in schwedischen Neubauten 0,5fach sei. Die Antwort war verblüffend:

Anstieg der CO₂-Konzentration bei geschlossenem Fenster

"Ja, wir wissen das ganz genau. In jeder schwedischen Neubauwohnung gibt es nämlich einen Abluftventilator, und der zieht exakt ein Luftvolumen entsprechend 0,5fach pro Stunde aus der Wohnung heraus. Genau soviel kalte Luft strömt über Aussenluftdurchlässe wieder nach."
Die deutschen Besucher waren sich damals spontan einig, dass das ja wohl keine gute Idee sei, diese verschwenderischen Abluft-Lüftungsanlagen einzubauen, bei denen man auch noch bewusst warme Luft über Dach einfach in die Umwelt hinweglüftet! Wenn schon Lüftungsanlage, dann doch mindestens eine solche mit Wärmerückgewinnung.

Gesagt, getan. In das Demonstrationshaus in Schrecksbach wurde also eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung eingebaut. Der Mensch lernt offenbar nur aus den Fehlern, die er selbst gemacht hat: In der Auswertung der Messergebnisse aus dem Niedrigenergiehaus (NEH) Schrecksbach musste den Schweden im Nachhinein recht gegeben werden:
Eine saubere Energiebilanzierung ergab, dass die Lüftungswärmeverluste im NEH Schrecksbach tatsächlich auch mit einer einfachen Abluft-Lüftungsanlage nicht höher gewesen wären als mit dem verwendeten System. Wie kann dies sein?

Nun, bei einem reinen Abluftsystem gibt es wegen des Unterdrucks im Haus praktisch keine Exfiltration. Ist ein Haus nicht wirklich perfekt dicht, dann kommt bei einer balancierten Zu/Abluft-Anlage mit Wärmerückgewinnung ein durchschnittlich um 0,2facher Luftwechsel durch In/Exfiltration hinzu; bei einer reinen Abluftanlage bleibt es aber bei dem einmal eingestellten Abluftstrom, wenn das Haus nicht extrem undicht und der Wind nicht so stark ist, dass er die Druckverhältnisse umkehren kann.
Wenn nun, wie bei gewöhnlichen damaligen Wärmerückgewinnungsanlagen mit 0,4-fachem Anlagenluftwechsel ein Wärmebereitstellungsgrad von nur 50% erreicht wird, ergibt sich energieäquivalent gerade ein 0,2 (Exfiltration) + 50% * 0,4-facher Luftwechsel, genau soviel, wie der Anlagenluftwechsel bei einer reinen Abluftanlage auch betragen würde.

Credo: Abluftanlagen für Niedrigenergiehäuser

1. Eine dauernde gesicherte Entlüftung der Bäder ist unverzichtbar, ebenso wie eine gesicherte Frischluft im Schlafzimmer. Für beides braucht man einen gesicherten Antrieb: Wind und Auftrieb leisten dies ohne technischen Aufwand nicht.
2. Die einfachste Lösung ist ein Ventilator, der die verbrauchte, feuchte Luft aus dem Bad und aus der Küche dauernd und in ausreichender Menge nach außen abführt. Dann stimmt auch gleich die Strömungsrichtung, und zwar immer, wenn das Haus einigermaßen dicht ist:in den Wohnräumen Frischluft, überströmend durch den Flur, aus den Bädern die feuchte Luft hinaus.
3. Frischluft wird gezielt durch Aussenluftdurchlässe da zugeführt, wo
   • Frischluft gebraucht wird (Wohn-/ Schlaf-/ Kinder-/ Arbeitszimmer)
   • keine Zugerscheinungen auftreten (d.h. über einem Heizkörper).
4. Diese Lösung ist sehr einfach, funktioniert zuverlässig selbst beinicht perfekt dichten Häusern und ist kostengünstig.

Damit war die Lösung für das Niedrigenergiehaus gefunden. In Zigtausenden von Häusern hat sich diese Lösung bewährt.

Nach wie vor hält der Autor auch im Jahr 2001 die einfachen Abluftanlagen für die günstigste Standardlösung bei Niedrigenergiehäusern.

• Natürlich müssen Häuser, in denen balancierte Lüftungsanlagenwirkungsvoll Wärme zurückgewinnen sollen, eine sehr gute Luftdichtheitaufweisen.
• Wenn ein bedeutender Unterschied im Komfort und in der Energiebilanz gegenüber reinen Abluftanlagen auftreten soll, dann müssen die Anlagen auch höhere Wärmebereitstellungsgrade aufweisen als noch 1991 üblich.Wärmebereitstellungsgrade von über 80% sind mit hochwertigen Systemenheute erreichbar.
• Und schließlich dürfen die Anlagen am Ende nicht mehr Strom verbrauchen, als sie Wärme liefern. Keine Anlage war 1991 so gut, dass sie den Anforderungen nach Stromeffizienz entsprach. Zunächst musstealso ein Gerät eines Herstellers umgebaut werden:
  Wechselstromlüfter (2*100 Watt) wurden ausgebaut stattdessen elektronisch kommutierte Gleichstromventilatoren (durchschnittlich imBetrieb 2*12,5 Watt) eingebaut.

Gute Anlagen in guten Häusern funktionieren

• zur Zufriedenheit der Nutzer und
• mit beträchtlichen Primärenergie- und Betriebskosteneinsparungen.

Ein Passivhaus wird eingepackt

Warum bleibt das Passivhaus-Institut dennoch bei der Empfehlung "Abluftanlage für das Niedrigenergiehaus"?

Diese Empfehlung geben wir heute ausschließlich aus Kostengründen. Eine balancierte Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung kostet für eine Wohneinheit auch heute immer noch 4.000 bis 6.000 Euro. Man kann sehr leicht ausrechnen, dass sich die Differenzkosten zu einer reinen Abluftanlage (1.000 bis 1.500 Euro) über die erzielbaren Heizkosteneinsparungen nicht amortisieren lassen.

Warum aber kann man dann im Passivhaus eine Wärmerückgewinnung der beschriebenen Qualität rechtfertigen?

Nun, sie ist für ein Passivhaus schlicht unverzichtbar; das allein wäre aber keine vernünftige Antwort, denn dann wären ja sowohl die Anlage als auch das Passivhaus unwirtschaftlich.
Der Trick beim Passivhaus besteht gerade darin, dass durch den Einsatz der hocheffizienten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung bedeutende Einsparungen beim konventionellen Heizwärmeverteilsystem möglich sind - im günstigsten Fall kann die konventionelle Verteilung ganz entfallen und von der Zuluft der Lüftungsanlage übernommen werden; in jedem Fall wird die Verteilung sehr viel kostengünstiger, weil der Heizkörper unter dem Fenster nicht mehr gebraucht wird. Nur im Passivhaus kommt damit zur Energiekosteneinsparung eine weitere Einsparung, nämlich eine solche von Investitionskosten, hinzu. Dies macht im Passivhaus den Einsatz der Wohnungslüftung mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung ökonomisch sinnvoll - die Investitionen in die Haustechnik steigen nämlich in der Gesamtsumme nur wenig an.

Inzwischen gibt es am deutschen Markt zahlreiche hocheffiziente Wohnungslüftungsanlagen, die sowohl mehr als 80 % Wärmerückgewinnung als auch sehr niedrige Stromverbräuche aufweisen. Der Einsatz dieser Anlagen bei inzwischen mehr als 1.000 Passivhäusern hat sich sehr gut bewährt. Insbesondere äußern sich die Bewohner lobend über die Luftqualität und die Behaglichkeit.

Die dicke Winterdecke wird dank Wärmerückgewinnung fürs erste nicht mehr gebraucht