IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 8/2000, Seite 35 ff.

REPORT

Energieeinsparung kein Widerspruch zum kostengünstigen Bauen

Minimalenergiehaus (Passivhaus) Schrode, Leutenbach

Außenansicht des 1997 erbauten Minimalenergiehauses. Die Holzbalkone sind vom Haus vollständig getrennt. Auf einer Holzschalung befindet sich jeweils eine Dachbahn, die mit einer Gummischnitzelmatte abgedeckt ist, worauf die Gehwegplatten verlegt sind.

Dipl.-Ing. Ansgar Schrode*
Als Weiterentwicklung der bei uns bereits seit mehr als einem Jahrzehnt bewährten Niedrigenergiebauweise wurde ein Minimalenergiehaus (in der Literatur auch oft als "Passivhaus" bezeichnet) erstellt. Dabei wurde dem Ziel, möglichst ohne Heizenergie auszukommen, relativ nahe gekommen. Der vorliegende Bericht zeigt die typischen Merkmale eines solchen Gebäudes auf und beschreibt die haustechnische Anlage.

Erreicht wird das erklärte Ziel, mit so wenig Heizenergie auszukommen wie möglich, durch passive Maßnahmen wie nochmalige Verbesserung der Wärmedämmung einschließlich Fenstern und Weiterentwicklung der kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Das Minimalenergiehaus beinhaltet drei große Wohnungen, von denen eine als Büro genutzt wird. Im Untergeschoss sind zwei weitere beheizte Räume ausgebaut. Die beheizte Wohnfläche beträgt insgesamt mehr als 350 m².

Das zur Verfügung stehende Grundstück stellte eine Baulücke dar. So musste an eine auf der Südseite bestehende Doppelhaushälfte angebaut werden. Hierbei soll jedoch auch gezeigt werden, dass solche Grundstücke selbst unter energetischen Gesichtspunkten bebaut werden können, bzw. auch Altbauten als Minimalenergiehaus saniert werden können, wenn keine optimale Orientierung vorhanden ist.

Bild 1: Innenansicht der Holzrahmenelemente bestehend aus 16 cm dicken Holzrahmen, außen beplankt mit Spanplatten. Das Dach ist mit einer diffusionsoffenen Unterspannbahn abgedeckt.

Des Weiteren waren nur zwei Vollgeschosse mit Satteldach erlaubt, sodass die drei Wohneinheiten nur dann verwirklicht werden konnten, wenn das Dach ausgebaut wird. Insofern wurden vorerst vier Dachflächenfenster mit Zweifach-Wärmeschutzverglasung und einem k-Wert von 1,4 W/(m² · K) eingebaut. Es ist zu hoffen, dass auch Dachflächenfenster bald in der wärmetechnischen Qualität geliefert werden können, wie dies unten im Folgenden bei den Fenstern beschrieben ist.

Sämtliche Außenfenster wurden so angeordnet, dass der Lichteinfall weder durch Balkone noch Dachvorsprünge und dgl. beeinträchtigt wird. Hierdurch wurde die Belichtung der Räume und die passive Sonnenenergienutzung optimiert. Zusätzlich sind verspiegelte Jalousien vorgesehen, die das Tageslicht sehr weit in den Raum hineinwerfen, wo es von der weißgehaltenen Decke reflektiert wird.

Es wurde ein Holzrahmenbau mit folgenden Bauteilaufbauten gewählt:

Außenwand: 160 mm Holzständer mit Mineralfaserdämmstoff (Bilder 1, 2 und 3); innen PE-Folie als Dampfsperre und Gipsfaserplatten, außen 160 mm Wärmedämmverbundsystem auf Spanplatten mit mineralischem Außenputz; k = 0,13 W/(m² · K).

Dachschräge: 200 mm Sparrenvolldämmung aus Mineralfaserdämmstoff in Verbindung mit diffusionsoffener Unterspannbahn; darunter Verbundplatten aus 120 mm Polyurethan-Hartschaum der Wärmeleitfähigkeitsgruppe 025, integrierter Dampfsperre und tapezier- bzw. streichfähige Silikatbeschichtung; k = 0,1 W/(m² · K).

Kellerdecke: Holzbalkendecke mit 220 mm Wärmedämmung aus Mineralfaserdämmstoff; schwimmender Estrich auf Dampfsperre und abgehängter Vorsatzschale; k = 0,19 W/(m² · K).

Bild 2: Anbringen des Wärmedämmverbundsystems. Hier werden 16 cm dicke Platten aus Polystyrol-Hartschaum mit Kunstharz Dispersionskleber auf die Spanplatten geklebt.

Untergeschoss: Gegen Erdreich und Außenluft Betonwände mit 240 mm Innendämmung; k = 0,15 W/(m² · K); gegen unbeheizte Nebenräume 175 mm porosierte Ziegel mit 120 bis 160 mm Innendämmung; k = 0,19 — 0,24 W/(m² · K); im Fußbodenaufbau 140 mm Hartschaum der Wärmeleitfähigkeitsgruppe 030; k = 0,24 W/(m² · K). Die nicht beheizten Nebenräume (Waschküche und Fahrradabstellraum) erhielten eine ca. 40 mm dicke Innendämmung, damit sommerliche Oberflächenkondensation ausgeschlossen wird.

Fenster: Mit Polyurethan gedämmte Holzfenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung (doppelte Bedampfung und doppelte Schwergasfüllung), Rahmen wird von der Außendämmung vollständig überdeckt (Bild 4); k = 0,8 W/ (m² · K).

Schallschutz

Die Wohnungstrenndecken bestehen aus Brettstapeldecken mit Beschwerung aus Gehwegplatten und schwimmendem Estrich sowie einer unterseitig mittels Federschienen angebrachten Vorsatzschale mit doppelter Beplankung. Die Treppenraumwände wurden ebenfalls als Leichtbauwände ausgeführt, jedoch mit getrenntem Ständerwerk und beidseitiger doppelter Beplankung.

In beiden Fällen wird der erhöhte Schallschutz nach DIN 4109 eingehalten, genauso bei der Gebäudetrennwand, die ebenfalls als Leichtbauwand ausgeführt ist.

Lüftung

Jede Wohneinheit verfügt über eine kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Es sind für die Vollgeschosse und das Dachgeschoss insgesamt drei große und für die beiden beheizten UG-Räume eine zusätzliche kleiner dimensionierte Anlage eingebaut. Somit kann die Lüftungsanlage für jede Einheit getrennt geregelt werden. Es sind je zwei Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher hintereinandergeschaltet, sodass bereits durch diese Maßnahme nahezu 90% der Lüftungswärmeverluste zurückgewonnen werden (Bild 5).

Zusätzlich wird die Frischluft über einen Erdwärmetauscher (im Erdreich verlegte Kunststoffrohre) angesaugt (Bild 6). Dabei wird selbst bei extremen Außentemperaturen die Frischluft durch den Erdreich-Wärmetauscher bereits auf 5 — 8°C vorgewärmt, sodass neben der zusätzlichen Energieeinsparung auch das Frostschutzproblem der Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher auf elegante Art und Weise gelöst ist. Damit es zu keiner Kondensation und damit verbunden Schimmelbildung im Erdreich-Wärmetauscher kommen kann, sorgt eine spezielle Regelung dafür, dass die Luft nur dann über den Erdreich-Wärmetauscher angesaugt wird, wenn die Außenluft nicht wärmer ist als das Erdreich.

Bild 3: Anschlussdetail Kellerdecke. Auf dem Betonsockel liegt die Kellerdecke als Holzbalkendecke auf. Das Wärmedämmverbundsystem wird über die Deckenstirn heruntergeführt, sodass die Dämmung der Außenwand lückenlos in die Dämmung der Kellerdecke übergeht.

Die drei großen Anlagen kosteten je 8000,— DM, die kleinere Anlage 5000,— DM. Die 8000,— DM sind auch auf Einfamilienhäuser übertragbar, wenn die Anlagen ingenieurmäßig geplant sind und man sich nicht relativ teurer Komplettgeräte bzw. Komplettanlagen bedient, sondern Einzelelemente berechnet, plant und ausschreibt. Mehr sollte für eine Lüftungsanlage nicht bezahlt werden.

Auch der Lüfterstrom dieser Lüftungsanlagen liegt extrem niedrig, nämlich bei 15 W pro 100 m3 stündlicher Luftleistung für beide Ventilatoren zusammen. Viele handelsübliche Lüftungsanlagen benötigen hierfür ein Vielfaches. Für den Verbraucher lohnt sich diesbezüglich ein kritischer Vergleich (Bild 7).

Heizung

Eine weitere Vorgabe des Bebauungsplans war der Anschluss an das Erdgasnetz. Der Heizwärmebedarf sowie der Energiebedarf für das Warmwasser, der nicht durch die Solaranlage abgedeckt werden kann, wird von einem 11 kW Brennwertkessel zur Verfügung gestellt. Verteilt wird die Wärme über eine Warmwasserzentralheizung mit Plattenheizkörpern. Dabei werden die einzelnen Heizkörper auf kürzestem Wege auf Putz angefahren.

Die Heizkörper samt Rohrnetz haben für das gesamte Haus aufgrund des stark verringerten Wärmebedarfs weniger als die Wärmeverteilung samt Heizkörper einer Etagenheizung gekostet. Die einzelnen Heizkörper wurden genau berechnet und auf den geringen Wärmebedarf abgestimmt. In den einzelnen Räumen sind Heizkörpergrößen vorhanden, wie sie sonst nur in Toiletten angetroffen werden. Eine Reserve für Betriebsunterbrechungen ist nicht vorgesehen. Für diese recht seltenen Fälle ist vorgesehen, die Vorlauftemperatur vorübergehend zu erhöhen.

Bild 4: Fensteranschluss. Die Dämmung des Wärmedämmverbundsystems wurde so ausgeführt, dass sie den feststehenden Teil des Fensterrahmens voll überdeckt. Um einen besseren Lichteinfall zu erhalten, wurden die Laibungen mit 30° angeschrägt.

Das Heizwasser für die insgesamt 22 Heizkörper wird von einer Gleichstrompumpe mit 8,5 Watt elektrischer Leistungsaufnahme umgewälzt (Fabrikat Vortex). Für die daraus resultierenden Stromkosten gilt, dass 1 Watt Pumpenleistung jährlich ca. 1,50 DM Stromkosten verursacht. In heutigen Einfamilienhäusern wird als durchschnittliche Pumpenleistung etwa 100 Watt (!) installiert, was jährlichen Stromkosten von etwa 150,— DM entspricht.

Zu erwartender Energieverbrauch

Als Passivhäuser werden Gebäude bezeichnet, deren Heizenergiebedarf bei höchstens 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr liegt. Dieser Wert wird bei diesem Minimalenergiehaus erreicht, obwohl keine nach Süden orientierten Fenster vorhanden sind. Als günstig wirkt sich die extreme Kompaktheit des Gebäudes aus. Für das gesamte Gebäude ergibt sich ein Heizwärmebedarf von ca. 5000 kWh/Jahr.

Der Energieaufwand für die Warmwasserbereitung dürfte unter Zugrundelegung von ca. 10 Personen etwa 9000 kWh/a betragen, wovon die Solaranlage etwa 5000 kWh/a abdecken kann. Es verbleiben also noch 4000 kWh/a für die Warmwasserbereitung. Zusammen mit dem Heizwärmebedarf sind dies 9000 kWh/a. Der nach dem Verfahren der momentan gültigen Wärmeschutzverordnung berechnete Heizwärmebedarf liegt bei höchstens 20% des nach Wärmeschutzverordnung geforderten.

Raumklima

Das Raumklima wird von Seiten der Bewohner als sehr angenehm empfunden. Die Luftfeuchte liegt im erwünschten Bereich zwischen 50 und 60%. Somit ist die Luft weder zu trocken (Behaglichkeit), noch zu feucht (keine Gefahr von Feuchteschäden). Die Luft ist angenehm frisch. Es werden so gut wie keine Eigengerüche der Wohnungen mehr wahrgenommen.

Durch die gute Dämmung, sind sämtlich Bauteile angenehm warm und unterscheiden sich praktisch nicht mehr von der Raumlufttemperatur. Dadurch kann die Lufttemperatur in den Räumen sogar etwas reduziert werden, ohne dass die Behaglichkeit darunter leidet.

Bild 5: Zweistufiger Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher (Frontplatte abgenommen), der sehr preiswert ist (max. 2000,— DM) und bis zu 90% der Lüftungswärme zurückgewinnt. Durch die große Dimensionierung weist er gegenüber vielen anderen ähnlichen Geräten nur einen sehr geringen Druckabfall auf.

Feuchteschäden durch Oberflächenkondensation sind hierbei so gut wie ausgeschlossen, da die Lüftungsanlage zu hohen Feuchtewerten entgegenwirkt und durch die gute Dämmung sämtliche Bauteiloberflächentemperaturen so warm sind, dass selbst in Außenecken hinter Möbeln keine Feuchteschäden mehr entstehen können. Man ist also bezüglich der Möblierung sehr frei, kann Möbel, Betten oder sogar ein Klavier, das sich bei nicht gedämmten Außenwänden verstimmen würde, an die Außenwand stellen.

Auch im Sommer wird dieses Haus von den Bewohnern als sehr angenehm empfunden. Selbst im Hochsommer können die Räume angenehm kühl gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, dass vor allem Nachts und in den Morgenstunden über gekippte Fenster gelüftet und damit die Räume abgekühlt werden. Tagsüber bleiben im Hochsommer die Fenster verschlossen und somit die Hitze draußen. Je nach Außentemperatur lässt sich über das Lüftungsverhalten die gewünschte Innentemperatur erreichen.

Sanitärinstallation

Auch wenn ein Minimalenergiehaus nicht zwingend eine Regenwassernutzung fordert, so wurde hier eine Zisterne mit rund 6 m³ Fassungsvermögen eingegraben und mittels einer speziellen Tauchpumpe für die Toilettenspülung und Gartenbewässerung das aufgefangene Regenwasser verwendet. Prinzipiell ist die Möglichkeit vorgesehen, das für eine spezielle Waschmaschine mit Kalt- und Warmwasseranschluss verwendete Regenwasser für die Warmwasservorgänge zu erwärmen und somit Wärme aus Gas oder Sonnenenergie zur Erwärmung des Waschprozesses einzusetzen.

Die Warmwasserbereitung erfolgt über den Gas-Brennwertkessel; der Speicher fasst 350 Liter. Bei der Warmwasserverteilung war in einem Haus dieser Größenordnung eine Zirkulationsleitung nicht zu umgehen. Sie wurde jedoch auf den Steigstrang begrenzt. Dabei wurde die Warmwasserleitung mit der Dimension 25 x 4,2 mm mit 36 mm dickem Kautschuk-Dämmstoff gedämmt, die Zirkulationsleitung mit der Dimension 16 x 2,7 mm 24 mm dick. Zusätzlich wurden beide Leitungen zusammen nochmals mit 6 cm dicken Lamellenmatten aus Mineralfaserdämmstoff und Alubeschichtung gedämmt. Ab dem Ende der Zirkulation wurden relativ dünne Stichleitungen mit der Dimension 16 x 2,7 mm verlegt, sodass die Wartezeiten, bis warmes Wasser auch an entfernteren Verbrauchern ansteht, nicht mehr als 5 Sekunden betragen.

Bild 6: Anschluss des Erdreich-Wärmetauschers während der Bauzeit (Wärmedämmung wurde inzwischen angebracht). Oben sind die Filterkästen sichtbar, über welche die Frischluft angesaugt wird. Ferner sind die Stellmotoren (orange) zur Steuerung der Bypassklappen zu erkennen.

Stromeinsparung

Der Einsatz von stromsparenden Haushaltsgeräten ist in einem solchen Haus selbstverständlich. Gekocht wird mit einem Gasherd, bei dem die Primärenergie gegenüber einem Elektroherd mindestens doppelt so gut genutzt wird. Auch der Umluftbackofen wird mit Gas beheizt.

Eine Türsprechanlage würde bis zu 15 Watt Dauerstrom verbrauchen. Deshalb wird über eine mit 230 Volt betriebene Klingel (Einsparung von 1 bis 2 Watt Dauerleistung des Klingeltrafos) die Sprechanlage über ein Nachlaufrelais (Treppenhausautomat) in Betrieb genommen und schaltet sich nach wenigen Minuten wieder ab. Stromersparnis: ca. 30,— DM pro Jahr.

Beim Breitbandvorverstärker reichen 5 Watt elektrische Leistung aus anstelle von sonst in Dreifamilienhäusern üblichen 25 Watt, wenn er so wie in diesem Haus genau berechnet und das Leitungsnetz entsprechend dimensioniert wurde. Stromeinsparung: ca. 40,— DM pro Jahr.

Elektronische Relais benötigen in der Regel ca. 1 Watt Dauerstrom. Deshalb wurden konsequent mechanische Relais ohne Dauerstromverbrauch eingesetzt. In den Dielen wurden 5 Schalter für die Beleuchtung mittels einer Kreuzschaltung (erweiterte Wechselschaltung) ohne Dauerstrom untereinander verbunden. Stromeinsparung: ca. 20 bis 50,— DM pro Jahr.

Kosten

Bei diesem Minimalenergiehaus hat sich gezeigt, dass der Holzrahmenbau deutlich preisgünstiger ist als ein vergleichbarer Massivbau. Die Einsparung liegt bei ca. 100 000,— DM.

Ein Holzhaus ist vor allem dann preiswerter, wenn, wie hier gezeigt wurde, die konstruktiven Hölzer nicht sichtbar gelassen, sondern mit Gipsplatten konsequent verkleidet werden und ein Grundriss gewählt wird, bei dem sämtliche Wände übereinander stehen und die Lasten direkt abgetragen werden können.

Bild 7: Rohreinschubventilatoren mit verbessertem Gleichstrommotor. Die Ventilatoren werden mitsamt dem Rohr gedämmt und sind hinterher von außen nicht mehr sichtbar.

Auch das Wärmedämmverbundsystem hat zur Kosteneinsparung beigetragen. Ganz grob kann gesagt werden, dass eine außenliegende Holzschalung ohne Wärmedämmung etwa dieselben Kosten verursacht wie das Wärmedämmverbundsystem einschl. Dämmstoff, wobei die Dämmstoffstärke kaum in die Kosten eingeht. Durch die luftdichte Wirkung des Außenputzes kann auf die oft beim Holzrahmenbau realisierte Installationsebene verzichtet und die Kosten hierfür eingespart werden. Unter Installationsebene versteht man, dass raumseitig der Holzkonstruktion eine luftdichte Schicht (z.B. Folie) verlegt und mit Querhölzern einschließlich dazwischen liegender Dämmung aufgefüttert wird, bevor die raumseitige Beplankung angebracht wird. In dieser zusätzlichen Ebene können dann Leitungen verlegt werden, ohne dass die luftdichte Schicht durchbrochen werden muss.

Auch ist es wichtig, dass ein erfahrener Tragwerksplaner dafür sorgt, dass die Statik mit möglichst wenig Holz und dünnen Querschnitten erfüllt wird.

Die reinen Baukosten werden bei diesem Gebäude mit ca. 1700 m³ umbautem Raum und mehr als 350 m² Wohnfläche auf 780000,— DM geschätzt. Dies sind 460,— DM/m³ oder 2230,— DM/m². In diesen Kosten wurden ca. 80000,— DM an Eigenleistung eingerechnet.

Wäre dieser Holzrahmenbau so erstellt worden, dass gerade die Wärmeschutzverordnung von 1995 erfüllt gewesen wäre, so wären die Baukosten um lediglich 23 000,— DM (2,9%) billiger gewesen. Dieser Wert resultiert aus Mehrkosten von 16 000,— DM für zusätzliche Wärmedämmung und bessere Fenster, 29 000,— DM für die vier Anlagen der kontrollierten Lüftung, Einsparung von 3000,— DM für die ohne die kontrollierte Lüftung nötig gewesene Nassraumentlüftung innenliegender Bäder und WCs sowie Einsparung durch die kleiner dimensionierte Heizung von 19000,— DM. Nach Ausführung der geplanten Solaranlage (ca. 12 000,— DM Mehrkosten) würde die Differenz bei 35 000,— DM (4,4%) liegen.

Auch hier zeigt sich wie auch bei vielen anderen Beispielen, dass energiesparendes Bauen die Kosten eines Gebäudes viel weniger bestimmt als eine konsequente und durchdachte Planung nicht nur der Haustechnik, sondern des gesamten Gebäudes. Ein erfahrener Architekt bzw. Fachingenieur für Bauphysik und Haustechnik kann durch sorgfältige Planung sowie detaillierte Ausschreibung wesentlich mehr als diese hier genannten Mehrkosten wieder hereinholen.

Vorbild für zukunftsorientiertes Bauen

Dieses Minimalenergiehaus soll als Vorbild für das Bauen ab dem Jahr 2000 dienen, wenn die Wärmeschutzverordnung nochmals novelliert ist und den echten Niedrigenergiestandard fordert.

Es soll gezeigt werden, dass sowohl von den einzelnen Bauherrschaften als auch vom Gesetzgeber der Niedrigenergiestandard nicht als Endziel gesehen werden soll, sondern die weit darüber hinaus gehende Minimalenergiebauweise das eigentliche Ziel darstellt, was bereits heute schon auf sehr einfache Art und Weise erreicht werden kann.

*) Dipl.-Ing. Ansgar Schrode: beratender Ingenieur, Sachverständiger für Bauphysik, Energieberater und Fach-Ing. für Haustechnik

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