Passivhaus
Erstes energieautarkes Mehrfamilienhaus
(22. September 2016) Während Bertrand Piccard nur mit Sonnenenergie um die Welt fliegt, bauen die Schweizer das erste wirklich energieautarke Mehrfamilienhaus. Die Sonne ist die einzige Energiequelle für das Haus: Das Haus ist nicht ans Stromnetz angeschlossen und es werden keine externen Energieträger wie Holz, Strom, Gas oder Öl zugeführt. Die Bewohner kommen mit der im Haus produzierten Energie ganzjährig aus, einschließlich Mobilität.
Das sind strenge Anforderungen, die weltweit wohl kein zweites Haus erfüllen kann. Das Neunfamilienhaus in Brütten bei Zürich schafft nicht nur das. Noch dazu liegen die laufenden Kosten für die Bewohner wie Miete und Heizung nicht höher als anderswo.
Als Fassadenelemente kommen nicht spiegelnde Photovoltaikmodule zum Einsatz, die optisch von hellen Holzfenstern durchbrochen werden. Das Dach ist mit neuartigen, sehr leistungsfähigen Photovoltaikmodulen bedeckt. Die Sonnenenergie wird über die Solarzellen in Strom umgewandelt und in Batteriespeichern mit zwei bis drei Tagen Kapazität für die spätere Nutzung im Gebäude zwischengespeichert.
Für die Langzeitspeicherung kommt eine neuartige Umwandlung von Strom in Wasserstoff zum Einsatz. Der Wasserstoff wird zwischengespeichert und bei Bedarf über eine Brennstoffzelle in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Ein weiterer Teil der Sonnenenergie wird mit einer Wärmepumpe in Wärme umgewandelt und einerseits zur Brauchwarmwassererwärmung und zum Heizen sowie zur Ladung der thermischen Kurz- und Langzeitspeicher eingesetzt.
Um eine maximale Effizienz der Wärmepumpenheizung zu erreichen, werden je nach Bedarf verschiedene Wärmequellen genutzt.
Mit einer Serie von Informationsbroschüren werden die verschiedenen Komponenten des energieautarken MFH erklärt.
Die Baukosten für das Haus liegen nur zehn Prozent über dem üblichen Wert. Dafür sind die Heizkosten deutlich geringer.
In Zukunft müssen sich unsere Häuser selbst mit Energie versorgen, weil fossile Energien zur Neige gehen.
Das Haus der Zukunft
In Zukunft müssen sich unsere Häuser selbst mit Energie versorgen, weil fossile Energien zur Neige gehen. Die Bundesregierung will den gesamten Gebäudebestand bis 2050 nahezu klimaneutral gestalten. Und die EU schreibt ab 2021 für Neubauten ein Null-Energie-Niveau vor.
Matthias Hüttmann und Aribert Peters vergleichen zwei Gebäudekonzepte für die Zukunft.
(7. Juli 2015) Die verschärfte EU-Gebäuderichtlinie EPBD (Directive on Energy Performance of Buildings) gilt seit 18. Mai 2010 und schreibt für nahezu alle ab dem Jahr 2021 neu errichteten Gebäude das Niveau von Null-Energie-Häusern vor. Die auch als Niedrigstenergiegebäude bezeichneten Gebäude sollen ihren geringen Energiebedarf zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen decken, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird. In der Fachwelt ist man sich alles andere als einig, was der richtige Weg für die Zukunft des Bauens sein soll.
Matthias Hüttmann | Ist seit 1994 in der Solarbranche tätig. Als freier Journalist ist er Verfasser von Fachbeiträgen, Buchautor, Chefredakteur der Zeitschrift SONNENENERGIE und Mitglied im Präsidium der DGS.
Das Problem ist nicht neu: Im Winter ist die Heizlast von Gebäuden groß, das solare Angebot jedoch niedrig. Am einfachsten wäre es, das Überangebot an Solarenergie im Sommer für die „dunkle Jahreszeit“ zu speichern und dann abzurufen. Aber wie geht das konkret? In diesem Artikel werden exemplarisch die Konzepte Passivhaus und Sonnenhaus vorgestellt. Wir beschreiben Gemeinsamkeiten sowie Unterschiede und geben eine kurze Einschätzung zu den Zielen und Methoden.
Passivhaus: Kommt ohne Heizung aus
Ein Passivhaus ist so gut gedämmt, dass selbst im Winter keine zusätzliche Heizung erforderlich ist. Die sogenannten inneren Wärmequellen: Sonnenwärmeeinstrahlung durch Fenster und die Körperwärme der Bewohner sowie das Erwärmen der notwendigen Frischluft beheizen das Haus. Der Heizwärmebedarf des Passiv-hauses liegt unter 15 kWh/(qm*a), der Primärenergiebedarf unter 120 kWh/(qm*a). Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung vermeidet zusätzlich Wärmeverluste. Der dafür notwendige Wärmedurchgangskoeffizient der Gebäudehülle liegt bei rund 0,1 kWh/qmK und erfordert eine Außenwanddämmung von üblicherweise 18 bis 20 Zentimetern. Das Passivhaus ist viel besser gedämmt als ein Gebäude, das nach den derzeit geltenden gesetzlichen Bestimmungen (Energieeinsparverordnung) gebaut ist. Das Passivhauskonzept wurde vom Passivhausinstitut in Darmstadt (Prof. Dr. Feist) entwickelt. Die Bezeichnung Passivhaus ist nicht geschützt. Eine Zertifizierung ist möglich, aber nicht verpflichtend. In der Schweiz wird der Passivhausstandard als Minenergie-P bezeichnet.
Sonnenhaus
Unter dem Begriff Sonnenhaus versteht man Gebäude, die ihren Jahreswärmebedarf an Heizung und Trinkwarmwasser mindestens zur Hälfte mit einer thermischen Solaranlage decken.
Als wirtschaftliches Optimum gilt ein solarer Deckungsgrad von 60 bis 70 Prozent, aber auch 90 Prozent sind möglich. Ein Sonnenhaus hat einen spezifischen Heizwärmebedarf von höchstens 40 Kilowattstunden pro Quadratmeter Nutzfläche. Sein Primärenergiebedarf ist mit maximal 15 kWh/(qm*a) sehr niedrig. Das ideale Sonnenhaus ist nach Süden orientiert und unverschattet. Die großzügig ausgelegte Solaranlage hat einen steilen Anstellwinkel. In Verbindung mit einem großen Langzeitwärmespeicher kann Energie über Tage oder gar Wochen gespeichert werden. Reicht die Solarheizung einmal nicht mehr aus, wird mit einem Pellet- oder Stückholzofen zugeheizt. Das Sonnenhauskonzept wird in Deutschland vom Sonnenhaus-Institut propagiert.
Endenergie und Primärenergie
Endenergie ist der nach Energiewandlungs- und Übertragungsverlusten übrig gebliebene Teil der Primärenergie, die den Hausanschluss des Verbrauchers passiert hat. Bei der Stromerzeugung sind die Umwandlungsverluste besonders hoch. Die EnEV 2014 schreibt angesichts des zunehmen Anteils erneuerbarer Stromerzeugung für Strom einen Primärenergiefaktor von 2,4 vor. Das bedeutet: Für eine Kilowattstunde aus dem Netz bezogenen Stroms werden 2,4 Kilowattstunden Primärenergie angerechnet. Heizöl und Erdgas haben einen Faktor von 1,1 und Holz von 0,2. Im Gebäude gewonnene Sonnenenergie wird weder der Primär-, noch der Endenergie zugerechnet.
Sonnenhaus und Passivhaus im Vergleich
Frappierend ist der unterschiedliche Primärenergieverbrauch von Passivhaus und Sonnenhaus. Das Passivhaus gestattet sich mit 120 kWh/qm einen zehnmal höheren Primärenergieverbrauch als das Sonnenhaus mit nur 15 kWh/qm. Allerdings: Der Haushaltsstrom ist im Primärenergieverbrauch des Passivhauses enthalten, beim Sonnenhaus dagegen nicht.
Das Sonnenhaus darf aber kräftig Strom verbrauchen, zum Beispiel 7.000 kWh jährlich und würde dann primärenergetisch genauso dastehen, wie das Passivhaus je nach Größe des Hauses. Das zeigt, dass die großen primärenergetischen Unterschiede auch definitorisch bedingt sind. Beim Heizwärmebedarf ist wiederum das Passivhaus um den Faktor drei anspruchsvoller als das Sonnenhaus. Dahinter steht die Philosophie des Sonnenhauses: Warum viel Geld in Dämmung investieren, wenn die Sonne die Wärme günstig liefert. Während beim Passivhaus die Prämisse steht: Gut gedämmt ist halb geheizt. Also zuerst so gut wie möglich dämmen. Der verbleibende Rest ist so gering, dass er durch Hausgeräte und Personen oder kleine Mengen Elektrostrom gedeckt werden kann.
Beim Sonnenenergiehaus hat man also bei der Dämmung gespart, beim Passivhaus war man sparsam bei der aktiven Nutzung und Speicherung der Sonne. Wenn man die Stärken beider Konzepte kombiniert, kommt man – vereinfacht gesagt – zum Plusenergiehaus.
Die Freiburger Solarsiedlung Vauban, 2010 errichtet, Plusenergiehaus in der Realität. Architekt: Rolf Disch
Plusenergie
Durch die Integration einer großen Photovoltaikanlage wird das Passivhaus zum Plusenergiehaus. Hierzu ist ein rechnerischer Nachweis eines Energieüberschusses sowie eines hohen Grades der Eigennutzung der gewonnenen Energie nötig. Durch einen Solarstromüberschuss im Sommer ist aufs Jahr gerechnet ein Plus möglich. Die Bezeichnung „Plusenergiehaus“ ist ein geschütztes Markenzeichen des Solararchitekten Rolf Disch, langjähriges Mitglied im Bund der Energieverbraucher e. V.
In der Freiburger Solarsiedlung Vauban wurden bereits 2010 59 Häuser errichtet, bei denen ein deutlicher Energie-Überschuss von im Schnitt 36 kWh pro Quadratmeter und Jahr (Primärenergie) bilanziert werden kann. Die Gebäude wurden im Passivhaus-Dämmstandard errichtet. Beheizt werden sie über ein Nahwärmenetz. Neue Techniken sollen -einen jährlichen Überschuss von bis zu 200 kWh/qm ermöglichen.
Rolf Disch, renommierter Solararchitekt mit Schwerpunkten auf ökologischem Bauen und Mitglied im Bund der Energieverbraucher, baute unter anderem die im Freiburger Stadtteil Vauban gelegene Solarsiedlung, das Heliotrop und erfand das Plusenergiehaus.
Die saisonale Illusion
Betrachtet man die Jahresbilanz eines Plusenergiehauses genauer, zeigt sich wie sich die Produktion und der Verbrauch in den jeweiligen Monaten verhalten. Das Ergebnis zeigt nichts Unerwartetes: Von November bis April wird meist aus dem Netz heraus geheizt, so dass im Winter eine deutliche Stromlast gezogen wird. Im Sommer ist es umgekehrt, die Erzeugung übersteigt den Verbrauch deutlich. Das Problem einer Winterlast liegt vor allem darin, wie Eva Hauser vom Saarbrücker IZES bereits veröffentlicht hat, dass die Überschüsse aus den fluktuierenden erneuerbaren Energien mittelfristig alles andere als synchron zur Wärmepumpennutzung laufen.
Ihr Fazit: Es gilt zu vermeiden, eine neue Stromnachfrage entstehen zu lassen, die systematisch nicht aus Erneuerbaren, sondern aus konventionellen Kraftwerken bedient werden muss.
Effizienzhaus Plus
Das Förderprogramm „Effizienzhaus Plus“ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVI) unterstützt Bauherren, deren Gebäude netto deutlich mehr Energie produzieren. Diese Energie soll insbesondere für die Elektromobilität zur Verfügung stehen. Würden lediglich Gebäude gemäß dem Effizienzhaus-Plus-Standard realisiert, gäbe es für Solarthermie keinen Platz mehr. Der Flächenbedarf für PV zur Bereitstellung von Wärme im Gebäude ließe nichts anderes mehr zu. Das ist in gewisser Weise absurd, da ja in Deutschland nahezu alle Gebäude an das Stromnetz angebunden sind. Solarthermie muss im Gegensatz dazu örtlich vorhanden sein, ein Kollektor auf dem Dach oder ein Wärmenetz ist notwendig.
Weiterentwicklung des Sonnenenergiehauses
Neben dem klassischen Sonnenhaus gelten für Sonnenhäuser, die mit einer Solarstromanlage ausgestattet sind, weitere Standards. Im Sonnenhaus Plus muss mehr Strom selbst erzeugt als verbraucht werden. Im Sonnenhaus Autark liegt der Schwerpunkt auf einer weitgehend netzunabhängigen solaren Eigenstromversorgung. Ziel ist ein möglichst hoher Autarkiegrad. Dies ist nur mit Hilfe eines niedrigen Stromverbrauchs möglich. Die Nutzung von Überschüssen für die Elektromobilität ist eine Option, die sich voraussichtlich in Zukunft mehr und mehr anbietet.
Im sächsischen Freiberg stehen seit dem Sommer 2013 zwei Häuser in unmittelbarer Nachbarschaft, konzipiert von Professor Timo Leukefeld. Die Häuser decken mehr als die Hälfte ihres Bedarfs an Heizung und Warmwasser mit der Sonne. Dazu sind in die steilen Dachflächen große Kollektorflächen integriert. In Kombination mit einem Langzeitwärmespeicher wird eine solare Deckungsrate von über 65 Prozent erreicht, der Rest wird mit Holz zugeheizt. Der selbst gewonnene Strom wird in zahlreichen Bleiakkus zwischengelagert. So kann das Haus vollständig ohne Stromnetzanschluss auskommen. Es entlastet sogar das öffentliche Stromnetz durch Einspeisung zu Hochlastzeiten.
Weiterentwicklung des Passivhauses
Aber auch das Passivhaus positioniert sich. Mittlerweile gibt es zwei neue Klassen des Passivhaus-Standards. Bei den Labels Passivhaus Plus und Passivhaus Premium wird berücksichtigt, wie die für den Betrieb des Hauses nötige Energie erzeugt wird. Es ist jedoch nach wie vor möglich, Energie einzurechnen, die im Haus gar nicht verbraucht wurde. Es muss kein zeitlicher Zusammenhang zwischen Produktion und Verbrauch bestehen. Selbst Investitionen in erneuerbare Energien können berücksichtigt werden. Auf dem Etikett muss zwar regional stehen, jedoch ist „regional“ noch nicht definiert.
Energiespeicherung
Die im Sommer erzielten Energieüberschüsse aus Solarenergie sind im Winter, wenn sie benötigt werden, nicht mehr greifbar, es sei denn, man speichert sie in Akkus oder Wasserspeichern. Kurzzeitspeicher gleichen dabei die täglichen Unterschiede zwischen Angebot und Bedarf, Langzeitspeicher saisonale Unterschiede zwischen Angebot und Bedarf aus.
Für kurze Zeitintervalle von einigen Stunden bis hin zu wenigen Tagen, gibt es zwei technologisch sinnvolle und wirtschaftliche Varianten: elektrische Speicher für den Strom aus der PV-Anlage und thermische Speicher für die Wärme aus der Solarthermie-Anlage.
Die Kosten der Energiespeicherung liegen für Stromspeicher aktuell bei etwa 20 bis 800 Euro/kWh und bei Wärmespeicher zwischen ein und 20 Euro/kWh. Bei beiden Speicherarten sind Entwicklungen zu erwarten, die deutliche Preisreduktionen mit sich bringen.
Thermische Langzeitspeicher, also große Wassertanks, sind marktverfügbar, in der Praxis erprobt, in kleinem Maßstab realisierbar, kostengünstig und sind auch umweltfreundlich. Gleichwohl sie keinen Wärmetransport vom Sommer in den Winter erlauben, erhöhen sie die solaren Deckungsraten thermischer Anlagen ganz beträchtlich (siehe Abbildung). Will man die Deckungsrate allerdings auf über 70 Prozent erhöhen, steigt der Aufwand stark überproportional an. Auf diesem Gebiet wird an neuen technischen Lösungen intensiv geforscht.
Power-to-Heat ist ein Konzept der saisonalen Stromspeicherung, das bei sehr geringen Kosten sofort verfügbar ist. Überschussstrom wird dabei dort in Wärme umgewandelt, wo sonst fossile Brennstoffe eingesetzt würden. Die fossilen Brennstoffe werden dadurch eingespart. Sie können gespeichert und in Zeiten knappen solaren Angebots genutzt werden.
Autarkie als Altersvorsorge
Ein anderer Gedankengang beschäftigt viele Planer: Welche Bedeutung haben die Gebäude für unsere Altersvorsorge? Übereinstimmend mit Zukunftsforschern ist man zu dem Schluss gekommen, dass Einnahmen zunehmend an Bedeutung verlieren werden und künftig vielmehr die Einsparungen an Bedeutung gewinnen werden. Um sich vor steigenden Ausgaben im Alter schützen zu können, setzen sie auf möglichst hohe Autarkie und weniger auf den Austausch von Energie über das Netz. Große Speicher sollen helfen, den Zuheizbedarf zu reduzieren. Auch wenn es unter aktuellen Energiepreisen womöglich nicht ökonomisch erscheint, setzt man langfristig auf möglichst viel Eigennutzung von Sonnenenergie.
Im Neubau lassen sich große Speicher gut einplanen.
Techniklastigkeit
Damit die Primärenergiejahresbilanz als auch die Endenergiejahresbilanz größer 0 ist, wird in vielen Gebäuden sehr viel Technik eingebaut, die es den Bewohnern erlaubt, ihren Energieverbrauch zu kontrollieren und zu optimieren. In einer sozialwissenschaftlichen Begleitforschung wurde unter anderem untersucht, wie viel Automation der Nutzer wünscht und welche Nutzerfreundlichkeit und Wohnzufriedenheit aus der Gebäudetechnik resultiert. Eines der Ergebnisse war, dass die Automatisierung von den Bewohnern als sehr sinnvoll erachtet wurde, jedoch ein hohes Maß an Technikkompetenz für die Programmierung nötig sei. Das Fazit der Nutzer:
so viel Automatisierung wie nötig und so wenig wie möglich. Zu viel Technik wurde auch als unheimlich und zu viel Automatisierung als Einschränkung erlebt.
Innovative Konzepte
Im solaren Zehnkampf („Solar Decathlon“) wetteiferten Studenten und Universitäten weltweit um den Bau des besten energieautarken Hauses im Jahr 2015. Die Häuser dürfen ihren Energiebedarf nur über selbst produzierten Solarstrom decken. Ein deutsches Team gewann den Wettbewerb im Jahr 2009 vor dem Kapitol in Washington. Seit 2008 gibt es auch einen Solar Decathlon in Europa.
Fazit
Das Haus der Zukunft ist noch nicht gefunden, auch wenn viele Ingenieure und Planer dies schon für sich beanspruchen. Bessere Dämmung und eine stärkere Nutzung der Sonne sind auf jeden Fall Schlüsselelemente für jeden Neubau und auch bei Sanierungen. Wie so oft liegt die Lösung in der Vielfalt von Möglichkeiten.
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:
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- Frischluft wird gezielt durch Aussenluftdurchlässe da zugeführt, wo
- Frischluft gebraucht wird (Wohn-/ Schlaf-/ Kinder-/ Arbeitszimmer)
- keine Zugerscheinungen auftreten (d.h. über einem Heizkörper).
- 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.
Wissenswertes über Grundlagen und Funktonsweise von Niedrigenergiehäusern erfahren Sie in einem Faltblatt aus der Reihe "Hessische Energiesparinformaionen", das hier zum Download steht:
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