Zeitschrift EE

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2008-04: Nachhaltige Gebäude

 

Solarthermie

Die Aufgabenstellung für dieses Projekt war ein moderner Haustyp, der höchsten Wohnkomfort und viel Tageslicht bietet, gleichzeitig durch sein Ökokonzept und seine Energieeffektivität für Modernität steht und auch für den Durchschnittskonsumenten leistbar ist. Das vorgeschlagene Fertigteilhauskonzept versucht, die „Passivhaus-Idee“ weiterzuentwickeln und den Gesamtenergieverbrauch gegenüber dem Passivhauslimit zu halbieren.

Das Solar-Aktiv-Haus

Von Georg W. Reinberg*

Im Team mit der AEE INTEC und den Firmen Sonnenkraft Österreich / General Solar und Solar Cap wurde von Architekt Reinberg ein entsprechendes Konzept entwickelt, das verstärkt auf aktive Solarnutzung setzt. Ein entsprechendes Musterhaus wird 2009 realisiert werden.

Energetische Zielsetzung

Im Wohnbau hat sich das Passivhauskonzept nach Dr. Feist soweit entwickelt, dass es heute nicht mehr als Experiment, sondern als moderner technischer Standard gelten kann.
Allerdings sind Details dieses Konzeptes immer noch teuer und auf der Baustelle bisweilen schwer fehlerfrei umsetzbar. Das Passivhauskonzept stellt zwar – neben dem Limit für den Heizenergiebedarf - Limits für den spezifischen Endenergiebedarf und den spezifischen Gesamtenergiebedarf, es fehlen aber noch Grenzwerte für die ökologische Gesamtbilanz und die Limits für den Gesamtenergieverbrauch sind relativ hoch angesetzt (maximaler Primärenergiebedarf: 120 kWh/m²a). Die Passivhauslimits in den Wohnbauförderungskriterien konzentrieren sich zu sehr auf den Heizenergiebedarf und vernachlässigen die letztlich weit wichtigere Gesamtenergie- und Ökobilanz. Als eine Art der „Weiterentwicklung“ zielt das Solar Aktiv Haus-Konzept auf eine ökologische und energetische Gesamtoptimierung.

Abbildung 2: Beschattung im Sommer und Sonne im Winter (Quelle: Reinberg)

Kostenoptimierung

Finanziell wird beim Passivhauskonzept insofern nicht optimiert als die Heizwärmebedarfsreduzierung vor die finanziell günstigere thermisch-aktive Solargewinnung gesetzt wird. Es erscheint jedoch finanziell günstiger, eine Kilowattstunde mit einem thermischen Kollektor zu produzieren als diese mit einem Passivhauskonzept (gegenüber einem Niedrigenergiehaus) einzusparen: um ein Niedrigenergiehaus (ca. 40 kWh/m²a) zu einem Passivhaus (15 kWh/m²a) zu machen, sind ca. 5-10% Mehraufwände nötig. D.h. dass bei üblichen Nettobaukosten von € 1.800,- je m² Nettonutzfläche ein Mehraufwand von ca. € 135,- je m² (+ Nebenkosten + MWSt.) anfällt, der ca. 25 kWh pro Jahr einspart (Differenz des Heizwärmebedarf zwischen Niedrigenergiehaus und Passivhaus). Hingegen liegen die Systemkosten von 1 m² thermischer Kollektor bei ca. € 500,- je m² (+ Nebenkosten + MWSt.), womit ca. 350-450 kWh pro Jahr gewonnen werden.
Umgerechnet auf 15 Jahre Betrieb ergibt sich so im Passivhaus ein Aufwand von ca. € 5 / 15 = 0,3 (+ Nebenkosten + MWSt.) für eine eingesparte kWh, während der thermische Kollektor für ca. € 0,8 /15 = 0,05 (+ Nebenkosten + MWSt.) eine kWh liefert. Dies heißt, dass – ohne Berücksichtigung von Zinsen und Wartung, die aber in beiden Fällen ähnlich angenommen werden können – die im Passivhaus eingesparte Kilowattstunde etwa sechs mal so teuer ist als die über den Kollektor produzierte Kilowattstunde. Und selbst unter der Annahme, dass der Mehraufwand für den Passivhausstandard nur halb so hoch wäre (nämlich nur ca. 3,75%), ist die eingesparte Kilowattstunde noch immer mehr als doppelt so teuer wie die aus dem Kollektor gewonnenen Kilowattstunde.
Auch wenn diese Rechnung vielleicht allzu vereinfacht ist, so zeigt sie doch beispielhaft, dass hier der Bedarf besteht, Konzepte neu zu denken, um für den Konsumenten finanziell und für die Umwelt ökologisch noch besser zu optimieren und energieeffektiver vorgehen zu können.
In diesem Sinne versucht das Solar Aktiv Haus das Gesamtkonzept neu durchzudenken und für den Nutzer und die Umwelt neu zu optimieren.
Insgesamt wird angestrebt, den im Bau von Reihenhäusern und Einfamilienhäusern üblichen Kostenrahmen nur soweit zu überschreiten, als die Mehrkosten in den kommenden 10 bis 20 Jahren (entsprechend den heutigen Förderbedingungen) des Betriebes – auch bei Annahme einer moderaten Energiepreissteigerung – wieder eingespart werden können.

Baukosteneinsparung

Zur Einsparung der Baukosten werden unter anderem dabei folgende Strategien verwendet:

  • vorrangiger Einsatz von thermischen Kollektoren
  • keine Unterkellerung
  • Carport statt Garage
  • kompakter Baukörper
  • optimierte Nutzung des Volumens
  • einfache und standardisierte Details
  • vorgefertigte, kompakte Haustechnik (keine Installationen vor Ort)
  • standardisierte Tür- und Fenstergrößen (optimiert aus dem Produktionsprozess)

In diesem Rahmen wird dem Benutzer ein Haus geboten, das nicht nur zukunftssicher ist, sondern für den Durchschnittsverbraucher auch gut konsumierbar.

Neue Architektur

Prinzipiell ist der Einfamilien-/Reihenhaus-Markt eher konservativ eingestellt und neigt wie alle volkstümliche Architektur dazu, große Vorbilder zu imitieren. Gesteigert durch den Erfolgsdruck der Verkäufer neigt der Markt dazu, über eher inhaltsleere http://aee.at/aee/images/Bilder-fuer-Zeitungen/2008-04/images und Emotionen Gefühle zu verkaufen, die das Produkt selbst nicht erfüllen kann (der scheinbare Turm täuscht trotz engster Räumlichkeiten ein Schloss vor, Fenstersprossen sollen für Tradition stehen, während verwendete Kunststoffmaterialien wenig Lebens¬qualität bieten, falsch konzipierte Wintergärten täuschen Energiesparen vor, während diese zu Energieverlusten führen – nach Süden orientierte Pultdachhäuser haben sehr kleine Südfenster – usw.).
Aufgrund des steigenden Bewusstseins für ökologische Fragen (hervorgerufen durch Klimawandel, Atomkraftdiskussion usw.) ist zu beobachten, dass auch im Reihenhaus- und Einfamilienhausbereich eine Trendwende stattfindet, die auch durch zusehends mehr „große Leitbilder“ der Solararchitektur (Parlament in Berlin, Solar City Linz, Passivhausbewegung usw.) emotional unterstützt wird.
Grundlagen des ökologisch bewussten Denkens ist die Verantwortung gegenüber den nachkommenden Generationen. Eine Überlegung, die auf hohem ethischen Bewusstsein aufbaut. Ein Bewusstsein, das grundsätzlich zur Reduktion von unnötigem Müll und zum Wunsch nach gesundem Wohnen (Baukonstruktion) neigt und Energieverschwendung (bei der Klimatisierung) vermeiden will. Dies sind Ziele, die rein oberflächlich vordergründig und nur dem Anschein nach jedenfalls nicht erfüllbar sind.

Saubere Produkte

Gleichzeitig ist dies aber auch Ziel von einem relativ großem Käufermarkt, der heute noch zu wenig Anbieter findet. Genau in diesem Bereich soll das Solar Aktiv Haus den Nachfragemarkt befriedigen. Entsprechend dem hohen ethischen Anspruch der Kunden arbeitet das Konzept Solar-Aktiv-Haus mit „ehrlichen“ Konzepten, die nichts vortäuschen, sondern zielgerichtet auf höchste Effektivität ausgerichtet sind.
Die entsprechende Haltung in der Architektur baut darauf auf, dass aus diesem neuen Denken und den neuen Techniken eine neue, eigenständige Architektur entwickelt wird, deren besonderer ästhetischer Wert in formal guter Beantwortung der anstehenden ökologischen Fragen besteht. Das heißt, dass in diesem Konzept weder „neue Techniken“ auf alte, traditionelle Architektur aufgesetzt werden, noch die ökologischen Fragen rein formalistisch und vordergründig oder gar „scheinbar“ beantwortet werden.
Die dem Solar-Aktiv-Haus zu Grunde liegende Architektur sieht sich nicht als formalistisches Konzept, sondern als Architektur, die ihre Formen und ihre ästhetischen Vorteile aus der Beantwortung der anstehenden ökologischen Fragen ohne „Schnörksel“ ableitet.

Grundsätzlich heißt dies:

  • Optimierung der Solargewinnflächen
  • Öffnung des Gebäudes nach Süden
  • Zeigen der Kollektoren und Optimierung deren ästhetischer Qualität (bewusster Einsatz von Spiegelung der Natur, Einsatz von schwarz schillernden oder tiefblauen Kollektorflächen als reizvolle Farbelemente)
  • Verwendung der Glasflächen der passiven Solarnutzung zur Orientierung zur Natur, zum Arbeiten mit der Tageslichtführung, zur Steigerung des Gefühls des großzügigen Platzes und Raumangebotes usw.
  • Einsatz von direkt erlebbaren Naturmaterialien (z.B. die Lebhaftigkeit der Astigkeit des Holzes als Oberflächenqualität).
  • Erlebbarkeit der Haustechnik (leichte Ablesbarkeit, Sichtbarkeit des Speichers usw.) mit der Möglichkeit, diese neuen Techniken auch als – sinnvolles – Statussymbol zu betrachten.
  • Flexibilität des Konzeptes, sodass nicht nur auf ökologischer Ebene stets sensibel und gerecht auf die Umwelt reagiert werden kann.

Um diesen Ansprüchen zu genügen, wurde in der Vorphase zu diesem Projekt die Architektur des Einfamilienhauses bzw. Reihenhauses grundsätzlich studiert und es wurde über unzählige Varianten ein optimiertes Grundkonzept gefunden.

Das konkrete Konzept

Die zuvor beschriebenen Konzeptideen führen zu entsprechenden baulich-technischen Konzepten. Diese betreffen die Architektur, die Materialien und die Haustechnik.

Abbildung 3: Schnitt durch das Gebäude (Quelle: Reinberg)

Materialien

Grundlage für eine einfache Klimatisierung und hohe passive Solargewinne ist die Masse des Gebäudes. Daher wurde für alle tragenden Bauteile Massivholz vorgeschlagen. Um die Ziele hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Speicherfähigkeit, hohe Fähigkeit zur Auf- und Abgabe für Feuchtigkeit zu erreichen, wird die Holzkonstruktion in Kombination mit Lehmputzen ausgeführt.
Um die Wärme möglichst gut zu bewahren, gibt es einen außen liegenden Wärmeschutz (mit dem auch Wärmebrücken leichter bewältigt werden können). Fenster und Türen sind aus Holz mit außen liegender Alu-Abdeckung. Der klassische Passivhauswert muss nicht für alle Bauteile erreicht werden.
Der außen liegende Sonnenschutz gegen die direkte Solarstrahlung erfolgt mittels gezielt angebrachter PV-Module bzw. über Jalousien, die je nach Bedarf außen oder innen liegen.

Die Haustechnik basiert auf einem logischen Konzept von Ausbaupaketen

Grundkonzept

  • Ca. 20 m² Kollektoren und ca. 2000 Liter Speicher
  • Kontrollierte Lüftung über automatisch gesteuerte Fenster (eventuell noch Weiterentwicklung des vorhandenen Konzeptes mit einer gewissen Wärmerückgewinnung über eine Art Kastenfenster)
  • Übliche sanitäre Anlagen mit Wassersparamaturen
  • Versorgung des Geschirrspülers und der Waschmaschine aus dem Solarspeicher
  • Wärmeabgabe über statische Heizflächen (z.B. Wandheizung)
  • Restenergiebereitstellung über „Sonnenheizung“ (Solarkollektoren mit integriertem Wärmepumpenkreislauf)
  • Kontrollierte Lüftung über automatische Fensterstellungen

Ausbaustufen

  • Erdregister, Erdkollektor
  • Ca. 30 m² PV-Elemente
  • Raumkühlung über ein einfaches Gerät, das solar betrieben wird (z.B. Adsorptions-Kälte-Gerät auf Basis Silicagel)
  • Stromerzeugung aus der thermischen Solaranlage
  • Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung
  • Vergrößerte thermische Solaranlage

Zusammenfassung

Das Solar Aktiv Haus-Konzept setzt sich mit Hilfe der Sonne aktiv für eine positive Zukunft ein. Diese „Aktivität“ betrifft sowohl die Haustechnik als auch die Architektur selbst.
Eine Architektur, in der sich weder das Konzept noch die Haustechnik neutral verstecken, sondern aktiv für die Weiterentwicklung der Architektur genutzt werden. Eine Architektur, die konkret über die Möglichkeiten der Solarnutzung erzählt und so eine wirklich moderne und zukunftsfähige Architektur ist. Wobei das Konzept nur Grundlagen für die Architektur (wie Südausrichtung, großzügige Südverglasung, sichtbare Kollektorflächen und dgl.) festlegt, nicht aber die konkrete Architekturlösung im Einzelfall vorausbestimmt.
Insofern versteht sich das Solar-Aktiv-Haus als Weiterentwicklung des Passivhauskonzeptes nach Dr. Feist.

Abbildung 4: Das Solar-Aktiv-Haus, Varianten (Quelle: Reinberg)

Das Passivhauskonzept baut darauf auf, möglichst viel der Energieeinsparung ohne zusätzliche Technik (daher „passiv“) zu erreichen. Dies gelingt im Passivhauskonzept betreffend der Wärmebewahrung der Gebäudehülle (Details, Luftdichtheit, U-Werte) auch sehr gut. Im Groben wird daher im Solar Aktiv Haus auch das Passivhauskonzept als technischer Standard für die Gebäudehülle übernommen. Der darauf folgende Schritt des technisch aktiven Systems der kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung folgt im Passivhauskonzept nicht ganz konsequent dem eigenen Grundgedanken (passives Konzept: ohne bzw. mit möglichst wenig aktiver Technik), da die von Dr. Feist vorgeschlagene Lüftung doch einigen „aktiven“ Technikeinsatz verlangt. Eine kontrollierte Fensterlüftung mit automatischer, luftqualitätsabhängiger Fenstersteuerung würde dem Grundgedanken, auf technische Hilfsmittel zu verzichten, eher entsprechen und wird daher im Solar Aktiv Haus noch vor der kontrollierten Lüftung über ein mechanisches Gerät vorgeschlagen (siehe Ausbaustufen).
Im Solar Aktiv Haus kommt in „der Hierarchie des Einsatzes von Technik“ die thermische Solargewinnung vor dem Einsatz von mechanischer Lüftungswärmerückgewinnung, weil dies kostengünstiger und ökologisch sinnvoller ist (gleichzeitige Warmwasserproduktion, Verzicht auf Restenergiequelle).
Da im Niedrigstenergiebereich der Bau selbst mehr Umweltbelastung darstellen kann als der Heizwärmeverbrauch in der Lebenszeit des Hauses, wird dieser Bereich im Solar Aktiv Haus als für das Gesamtsystem wesentlich betrachtet: als Baustoffe werden vorrangig nachwachsende oder langfristig vorhandene Baustoffe vorgeschlagen, sodass in Richtung Gesamtenergiebilanz optimiert wird.
Ebenfalls eine Weiterentwicklung des Passivhauskonzeptes nach Dr. Feist stellt die volle Miteinbeziehung der Bereiche Warmwasser und Strom dar, deren Umwelteinfluss im Niedrigstenergiehausbereich jeweils etwa ebenso groß bzw. größer ist als die Beheizung. Dies betrifft nicht nur die Energieverbräuche, sondern die Energieerzeugung selbst, die im Solar Aktiv Haus möglichst weitgehend durch das Gebäude selbst erfolgt und so auch in der Bilanz mitberechnet wird: das Passivhaus nach Dr. Feist berechnet seinen Bedarf unabhängig von der eigenen Produktivität, während im Solar Aktiv Haus Konzept alle Eigenproduktion mitgerechnet wird und daher die Verbrauchszahlen aktiv reduziert (z.B.: im Solar Aktiv Haus berechnet sich der Heizwärmebedarf aus den Verlusten abzüglich den aktiven Gewinnen aus den thermischen und PV-Kollektoren). So zeigt das Solar Aktiv Haus-Konzept den tatsächlich für die Umwelt relevanten Energiebedarf. Im Solar Aktiv Haus-Konzept soll auf externe Energiequellen gänzlich verzichtet werden. Das Gebäude kann sich weit über die Richtlinien des klassischen Passivhauses hinausgehend öffnen und das reiche Tageslicht die Wohnqualität steigern.

Abbildung 5: Spatenstich für das Solar-Aktiv-Haus (Quelle: Reinberg)

*) Architekt Prof. DI. Georg W. Reinberg leitet seit 1982 das Architekturbüro Reinberg, This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. , www.reinberg.net [^]

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