Nachhaltige Gebäudekonzepte im Nichtwohnungsbau

Nachhaltige Gebäudekonzepte

Der Neubau des Passivbürohauses der AEE in Villach führt zur Reduktion des CO₂-Ausstoßes einer Siedlung und eröffnet neue soziale Dimensionen in der Nachbarschaftsbeziehung.

Passivbürohaus der AEE in Villach

Von Armin Themeßl*

Mit Mitarbeitern der AEE Kärnten/Salzburg werden u. a. etwa 30% aller Neubauvorhaben in Kärnten (Wohnbau) durch Energieberatung und Gebäudeoptimierung betreut. Beim Neubau des eigenen Bürohauses sollte selbstverständlich eine Superlativlösung verwirklicht werden. Nach zwei Jahren Projektentwicklungs- und Planungszeit war das Konzept eines Plus-Energie-Passivhauses entstanden. Die Solaranlage sollte dabei ein gestalterisches Element der Südfassade werden und die Wärmeversorgung mehr als vollständig übernehmen. Durch die Größe der Anlage durfte ein riesiger solarer Überschuss erwartet werden, und daher lag es nahe, die Nachbarhäuser mit Wärme zu versorgen.
Aus der Idee wurde nach Gesprächen mit den Nachbarn ein Nahwärmenetz für die ganzjährige Wärmeversorgung.
Auch vom Gesichtspunkt der Bauökologie sollte mit dem eigenen Bürohaus ein Demonstrationsprojekt für Beratungssuchende errichtet werden. Holz, Zellulosefaser und Lehm sind die Baustoffe, die für das Projekt gewählt wurden. Die Lärchen-Schiffböden sind mit Auro-Hartwachs behandelt.

Grundriss und Ausrichtung

Um Südorientierung auf dem Süd-West verlaufenden Grundstück zu erreichen, wurde der gesamte Baukörper in zwei Teilen konzipiert. Ein "technischer" und 50 cm höherer Baukörper trägt gegen Süden vollflächig die Solarfassade, auf dem Pultdach befindet sich eine 3 kWp Photovoltaik-Anlage (siehe Abbildung 1). Die restliche Oberfläche dieses Baukörpers wurde mit einer hinterlüfteten Glasrecyclingplatte (Sto Ventex) verkleidet und anschließend verputzt.
Der zweite Baukörper ist parallel zur Strasse ausgerichtet und trägt eine horizontale Lärchenschalung.
Die Bürofläche nimmt das gesamte Erdgeschoss (EG) und etwa zwei Drittel des Obergeschosses (OG) ein. Im OG ist eine Einliegerwohnung mit 69 m² untergebracht, die durch einen eigenen Treppenaufgang an der Westseite von außen erschlossen wird. Zwischen EG und OG ergibt sich im Büro ein dreieckiger Luftraum, der durch die Lärchentreppe durchbrochen wird. Im Keller ist neben Technik- und Serverraum ein 100 m² großer Vortragssaal untergebracht.

Bauteile und Baustoffe

Die Kellerplatte schwimmt auf 10 cm XPS Dämmung (Polystyrol), die fugenlos in die erdanliegende Kellerwanddämmung (10 cm XPS) übergeht. Die Anteile der Kellerwand, die an Außenluft grenzen, tragen 20 cm Vollwärmeschutz. Der Keller ist nicht in Passivhaus-Bauweise ausgeführt und hat eine Energiekennzahl von 22 kWh/(m²a).
Außenwand und Deckenelemente des Gebäudes sind in Holzriegelbauweise errichtet - innen OSB, außen eine winddichte, diffusionsoffene Holzfaserhartplatte (Agepan). Dazwischen sind OSB-Aussteifungen, die versetzt durch Kanthölzer fixiert sind. Der Holzanteil beträgt 6%. Die Kanthölzer sind nach statischen Erfordernissen minimiert und zur Entschärfung der Wärmebrücken wechselweise angeordnet. Die so entstehenden 40 cm dicken Hohlkammern wurden mit Thermofloc-Zellulosedämmstoff (60 kg/m³) von der Fa. Seppele GmbH ausgeblasen. Der U-Wert der Konstruktion beträgt 0,10 W/(m²K).
Der gesamte Holzbau ist gegen die Kellerdecke mit Butylbändern abgedichtet.
Die Innenwände und Decken sind mit Lehm (1,5-4 cm) auf HeraklithBM 35 verputzt. In Summe bringt der Lehmputz fast 40 Tonnen Speichermasse ins Haus.
Die gedämmten Holz-Alu-Fenster (Internorm Edition, Rahmen 0,8 W/ (m²K) und Glas 0,65 W/(m²K)) sind ein nicht passivhauszertifizierter, sehr kostengünstiger Kompromiss. Die Fenster sind durch Hanfzöpfe und Schafwolle gegen den Rohbau gedämmt und nach außen hin mit diffusionsoffenen Bändern eingedichtet.
Mittels Luftdichteprüfung und Thermographie wurde die Qualität der Bauausführung konsequent kontrolliert. Dabei wurden einige Schwachstellen entdeckt und korrigiert.

Haustechnik

Kernstück der Haustechnik des Bürogebäudes ist die Lüftungsanlage mit Erdreich-Wärmetauscher und Wärmerückgewinnung. Die fehlende Heizenergie wird über einen Wasser/Luft-Wärmetauscher im Zuluftstrom aus dem Pufferspeicher in das Gebäude eingebracht. Die maximale Heizleistung beträgt ca. 6 kW. Über den Erdreichwärmetauscher wird die Zuluft im Winter von -14° auf -1°C vorgewärmt, wodurch das Vereisen des Wärmetauschers verhindert wird. Im Sommer wird bei großer Hitze die Zuluft von 36°C auf 25°C abgekühlt. In der Übergangszeit werden Erdreichwärmetauscher und Wärmerückgewinnung ausgeschaltet. Zusätzlich zur Nachheizung der Zuluft wurden für die 280 m² Bürofläche auch 3,5 kW Wandheizung (35°C Vorlauftemperatur/28°C Rücklauftemperatur) installiert, weil sich in zahlreichen von der AEE geplanten und betreuten Projekten ein Warmplatz als beliebte Wärmequelle für die Bewohner erwiesen hat und eine deutliche Steigerung der Behaglichkeit bewirkt. Außerdem sollte die Wandflächenheizung in Selbstbauweise auf diesem Wege auch präsentiert werden (siehe Abbildung 2).
Die verbleibenden 3.500 kWh an Heizwärmebedarf, die das Gebäude rechnerisch benötigt, und die Energie zur Wassererwärmung sollten ursprünglich aus der Kollektoranlage und dem 3050 Liter-Speicher bereitgestellt werden. Da aus gestalterischen Gründen die Solaranlage mit 76 m² groß ausfiel, und riesige ungenutzte Überschüsse (15.000 kWh/a) und geringe spezifische Erträge zu erwarten waren, wurde versucht, Abnehmer für diese Überschusswärme zu finden. Aus diesen Bemühungen heraus entstand ein Mikronetz mit derzeit vier angeschlossenen Zweifamilienhäusern.
Wenn die Solaranlage nicht ausreichend Energie für die Nachbarn einbringt, zündet das Biodiesel-Blockheizkraftwerk (BHKW) (Dachs, 10,5 kWtherm und 5,3 kWel). Die Motorabwärme des BHKW wird in den Pufferspeicher eingeschichtet. Für den "Rest" stehen zwei Pelletskessel mit 10 und 32 kW (ÖkoFen) als Tandemanlage bereit, die den gesamten Leistungsbereich mit optimalen Wirkungsgraden abdecken.

Das Energiekonzept: Wärme

Ziel war es, so viel Wärme und Ökostrom im Neubau aus erneuerbaren Energieträgern bereit zu stellen, wie das Bürohaus selbst und die Nachbarhäuser während eines Jahres benötigen. In diesem Mikronetz sind 111.000 kWh/a für die thermische Versorgung kalkuliert, die zu 23% von der Sonne, zu 30% durch Pellets und die restlichen 47% durch das BHKW, das mit Altspeiseöl-Methylesther betrieben wird, abgedeckt werden sollen.

Abbildung 1: Solarfassade und PV-Module auf der Südseite des Bürohauses des AEE in Villach

Abbildung 2: Die Wandheizung wurde in Selbstbauweise errichtet und auf diese Weise präsentiert

Seit dem 9. Jänner 2003 werden alle Energieflüsse detailliert vermessen. Der Wärmebedarf von etwa 220 m² Bürofläche, die im ersten Halbjahr 2003 tatsächlich genutzt wurden, betrug 467 kWh (entspricht etwa 50 Liter Heizöl). Davon wurden 436,8 kWh direkt über die Lüftung eingebracht, 31 kWh wurden zu Demonstrationszwecken einige Male in die Wandheizung geladen. Die monatliche Verteilung des Wärmebezugs ist in Abbildung 3 dargestellt.
Die Wassererwärmung wurde erst im März 2003 in Betrieb genommen und vermessen. Für die Dienstleistung Warmwasser werden pro Monat (Einliegerwohnung eine Person und Bürobetrieb) etwa 130 kWh aufgewendet.
Seit 9. Jänner ist das Zentral-Regelgerät, das die Energieflüsse erfasst, in Betrieb und bis 30. Juli wurden 62.300 kWh erzeugt und 50.400 kWh abgegeben. Der Wirkungsgrad von Speicherung und Verteilung im Mikronetz beträgt also etwa 81%. Im Monatsschnitt variiert er zwischen 88% (Heizung und Warmwasser) im Februar, und 50% im Juni (nur Warmwasser).
Die Aufteilung der Wärmeerzeugung (Abbildung 6) entspricht etwa den Vorabkalkulationen. Der solare Anteil betrug im ersten Halbjahr 2003 22%, der Biodieselanteil war wegen zahlreicher Störungen etwas kleiner (41%) als erwartet. Dementsprechend war der Pelletsanteil höher.
Der vertikale Einbau des Kollektors in die Fassade erweist sich als optimal: Keine Überschüsse im Sommer und maximale Erträge im Winter. Die Leistung des Kollektors an einem Sonnentag beträgt 10 kW während acht Stunden im Juni, 30 kW während sechs Stunden im Oktober und über 40 kW über fünf Stunden im Jänner. Die größten Energieeinträge durch die Solaranlage erfolgten 2003 im Februar und März.

Das Energiekonzept: Strom

Ziel war es, so viel Ökostrom im Bürohaus zu erzeugen und in das Verbundnetz einzuspeisen, wie alle angeschlossenen Gebäude an Strom das ganze Jahr über aus dem Netz beziehen. Der Strombedarf im Mikronetz ist mit 26.700 kWh/a kalkuliert. 89% des benötigten Stroms wird durch ein Biodiesel-Blockheizkraftwerk unter Einsatz von Altspeiseöl-Methylester abgedeckt, eine Photovoltaikanlage soll 11% der benötigten Energie bereit stellen. Die Photovoltaikanlage ist am Flachdach mit 40% Neigung aufgeständert.
Das BHKW ist wärmebedarfsgeführt und läuft nur, wenn die Sonnenenergie nicht ausreicht und die Temperatur im Puffer unter die Minimaltemperatur fällt. Normalerweise sollte die Stromerzeugung während der Heizperiode etwa 3.500 kWh/Monat betragen. Wegen regelmäßiger Störungen im Betrieb hatte das Gerät bis auf Februar immer etwa 25% ungewollte Stehzeit.
Abbildung 5 zeigt die Ökostrom-Produktion im Bürohaus der AEE in Villach von Jänner bis Juli 2003. In Summe zeigt sich, dass das Ziel für die Stromerzeugung auch mit den zahlreichen Störungen erreicht werden konnte und noch elektrische Jahresarbeit für den Anschluss eines weiteren Zweifamilienhauses in Reserve ist. Dank der guten Erfahrungen des ersten Jahres steht der Anschluss eines weiteren Nachbarhauses auch direkt bevor.

Abbildung 3: Monatlicher Wärmebezug des Bürohauses der AEE in Villach ohne Keller von Jänner bis Juli 2003

Abbildung 4: Monatliche Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe von Jänner bis Juli 2003

Fazit

Mit dem Projekt konnte belegt werden, dass Neubau nicht automatisch zusätzliche CO₂-Emission bedeutet. Im Gegenteil kann mit wirtschaftlichen Maßnahmen sogar die CO₂-Emission der Nachbarschaft mit einem Schlag auf Null gesetzt werden. Darüber hinaus eröffnet ein solches Nachbarschaftsprojekt ungeahnte soziale Dimensionen.

Abbildung 5: Monatliche Ökostrom-Produktion von Jänner bis Juli 2003

Abbildung 6: Aufteilung der Wärmeerzeugung von Jänner bis Juli 2003, Benutzeroberfläche von E-Buch 2.04 Softwarepaket für Energiebuchhaltung für Gebäude

Die Auswertung der Energiedaten erfolgte mit "E-Buch", dem durch die AEE entwickelten Softwarepaket für Energiebuchhaltung (siehe auch Abbildung 6). Info zu E-Buch unter shop
Download der Dokumentation (1,7MB)

*) Ing. Armin Themeßl ist Geschäftsführer der AEE in Villach und Bauherr des Bürohauses, office@aee.or.at [^]