IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 10/2001, Seite 42 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Das Niedrigenergiehaus – Entwicklungsstand und Techniken

Dipl.-Ing. Rainer van Loon*

Die Beheizung und Klimatisierung von Gebäuden ist allein in NRW für etwa 31% der Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich. Hinzu kommen rund 8%, die beim Energieeinsatz in Haushalten für Warmwasser und Elektrogeräte entstehen. Weitere 6% CO2 werden bei der Errichtung und Entsorgung von Bauten verursacht. Somit ergeben sich große Potenziale für Einsparmaßnahmen beim Bau, bei der Nutzung und dem Abbau von Gebäuden.

Holzrahmen-Doppelhäuser in Niedrigenergiebauweise.

Insbesondere bei Neubauten lässt sich zur Verringerung des Energieverbrauchs kostengünstig beitragen, wenn Planung und konstruktive Ausführung miteinander verknüpft werden – und nicht, wie auf so mancher Baustelle, wenn die eine Hand nicht weiß, was die andere tut. Die im Neubaubereich gewonnenen Erkenntnisse lassen sich in weiten Teilen aber auch auf den Altbaubestand übertragen. Hier ist es sinnvoll und kostengünstig, anstehende Sanierungsmaßnahmen auch zur energetischen Optimierung des Gebäudes zu nutzen.

Die kommende Energieeinsparverordnung (EnEV) wird das Niedrigenergiehaus mit ca. 50-70 kWh/m2 jährlichem Wärmebedarf zur Auflage machen. Ob zukünftig das Passivhaus mit Lüftungsheizung, Wärmerückgewinnung und 15 kWh/(m2 a) oder das optimierte Niedrigenergiehaus mit 30 kWh/(m2 a) wesentliche Marktanteile erringen werden, hängt neben den Käuferwünschen von der technischen Entwicklung und den Baukosten ab. Maßgeblich ist eine kommunale Bauleitplanung, die im Hinblick auf Lage, Kompaktheit und Ausrichtung von Baukörpern vieles vorgeben kann. Die Flexibilität der Gewohnheiten der Nutzer ist ebenfalls gefragt. Das Passivhauskonzept beispielsweise ist nur sinnvoll, wenn die Fenster bei kalten Außentemperaturen geschlossen bleiben. Für frische, gefilterte Luft sorgt hier eine kleine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Beheizungsfunktion. Zunehmend wichtig bei solchen Objekten ist die Bauqualität. Kleinste Luftdurchlässigkeiten in der wärmeschützenden Hülle lassen das Gebäude im Winter kühl bleiben.

Anforderungen

Die wesentlichen Anforderungen an ein Niedrigenergiehaus sind:

Passivhaus mit Solarkollektoren zur Energiegewinnung und als Wetterschutz.

Planungsgrundsätze

Die Gebäudeorientierung und -zonierung sind entscheidende Parameter im Entwurfsstadium. Wichtig ist die Südausrichtung der Hauptaufenthaltsräume und der Dachflächen bei Anordnung von Nebenräumen nach Norden. Die Anordnung der wesentlichen Fensterflächenanteile nach Süden verbessert die Möglichkeiten der passiven Solarnutzung. Ein Fensterflächenanteil von 40% sollte jedoch nicht überschritten werden. Stark gegliederte Baukörper sollten vermieden werden. Durch kompakte Bauweisen sowie Reihen- und Mehrfamilienhausbebauung lässt sich der Energiebedarf erheblich senken.

Eine positive Auswirkung auf die Energiebilanz haben unbeheizte Wintergärten, die von den dahinterliegenden Wohnräumen durch eine gute Wärmedämmung abgetrennt sind.

Der Werkstoff Holz dominiert äußerlich auch bei diesem Niedrigenergiehaus.

Baustoffe

Es gibt eine Vielzahl einsetzbarer Materialien mit jeweils spezifischen Vor- und Nachteilen. Die Materialauswahl erfordert das Setzen von Prioritäten. Ziel sollte nicht nur das gesundheitlich unschädliche, sondern auch das weitgehend recyclingfähige Bauwerk sein. Bei der Wahl der Materialien ist zu erwägen, dass bei Umbau oder Erweiterung die Stoffe wieder dem Nutzkreislauf zugeführt werden sollten. Eine Trennung der Materialien muss deshalb relativ leicht möglich sein.

Außenhülle

Eine sehr gute Wärmedämmung der Gebäudehülle ist die wichtigste Voraussetzung für das Niedrigenergie- und insbesondere für das Passivhaus. Die Wärmedämmung muss das Gebäude nahtlos umgeben. Neben energetischen Aspekten sind sonstige Umweltbelastungen im Auge zu behalten. Achten Sie darauf, dass die zum Einsatz kommenden Dämmstoffe bei Bau und Betrieb des Gebäudes den Bewohner und die Umwelt möglichst wenig belasten. Bei Außenwänden sollte für Niedrigenergiehäuser ein k-Wert unter 0,2 W/(m2 K) angestrebt werden. Dies ist in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Materials mit 15 bis 20 cm Dämmstoffdicke zu erreichen.

Konstruktionsdetails einer Leichtbauwand in der Dachschräge. Die Abdichtungsebene liegt hinter der Installationswand.

Massivbau

Zur Dämmung von Massivbauten eignen sich Wärmedämmverbundsysteme. Dabei wird die Wärmedämmung unmittelbar auf die Außenwand aufgeklebt und/oder aufgedübelt, mit einem Putzträger überspannt und verputzt. Mit diesem Aufbau kann kostengünstig ein hoher Dämmstandard erreicht werden. Ein Nachteil ist die beschränkte Recyclingfähigheit, da die stoffliche Trennung mit Energieaufwand verbunden ist. Eine Alternative zum Verbundsystem ist die Vorhangfassade. Hier wird als Hilfskonstruktion ein Holzrahmen auf das Mauerwerk aufgedübelt, in die Zwischenräume wird die Dämmung eingebracht. Als äußerer Abschluss dient ein Außenputz auf Putzträgern oder eine Verschalung (etwa Holz). Der Zwischenraum ist belüftet. Das mehrschalige Mauerwerk besteht aus einem tragenden Stein, der Dämmung und der Verblendung. Bauaufsichtlich zugelassen können bei dieser Variante bis zu 15 cm Dämmung ohne Hinterlüftung verarbeitet werden. Die Wärmedämmung muss hierbei feuchtigkeitsunempfindlich sein. Dieser Aufbau ist relativ teuer, bei guter Ausführung ergibt er jedoch hohe Lebensdauer, geringe Wartung und gute Recyclingfähigkeit.

Mit einschaligen Aufbauten können bei Aufbringen eines zusätzlichen Dämmputzes in einer Stärke von 4-8 cm k-Werte von ca. 0,25 W/(m2 K) erreicht werden. Zur Beibehaltung des NEH-Standards muss ein Ausgleich des hohen Außenwand-k-Wertes durch niedrige k-Werte anderer Bauteile wie etwa Fenster und Dach erfolgen.

Wandaufbauten: links mehrschaliges Mauerwerk, rechts Holzbauweise.

Leichtbauweise

Bei leichten Wänden (Holzrahmenbauweise) übernehmen Ständerkonstruktionen die tragende Funktion. Zwischen diesen Ständern wird die Wärmedämmung eingebracht. Den inneren Abschluss stellt üblicherweise eine Beplankung mit Ausbauplatten dar. Für die Außenschale wird meist eine hinterlüftete Holzverbretterung oder Holztafelverkleidung eingesetzt. Es werden ebenfalls mineralische Putze auf Putzträgern verwendet.

Zur Verbesserung der Luftdichtheit hat sich eine zweischalige Konstruktion bewährt. In der raumseitigen Dämmebene können haustechnische Installationen optimal untergebracht werden. Vorteilhaft bei dieser Holzkonstruktion ist die hohe Recyclingfähigkeit.

Bei allen Außenwandkonstruktionen ist auf eine sorgfältige Ausgestaltung der Wärmedämmung in der Fläche und an den Anschlusspunkten zu achten.

Fachgerechte Abdichtung einer Rohrleitungs-Dachdurchdringung.

Die Fenster

Seit Einführung der Wärmeschutzverordnung im Jahre 1995 ist Wärmeschutzverglasung Standard. Derzeit sind Verglasungsqualitäten mit einem k-Wert zwischen 1,8 und 1,1 W/(m2 K) als Zweischeibenglas und bis zu 0,4 W/(m2 K) als Dreischeibenglas auf dem Markt verfügbar. Ein Südfenster mit einem k-Wert von 1,4 W/(m2 K) erwirtschaftet übers Jahr gesehen Wärmegewinne, d.h. die Wärmegewinne von der Sonne sind höher als die Verluste.

Im Bundesanzeiger wird für jede Verglasung ein kV-Wert und der dazugehörige g-Wert veröffentlicht. Der g-Wert der Verglasung beschreibt den Anteil der energiereichen Strahlung, die durch ein Fenster ins Haus eindringt und dort genutzt werden kann. Zur Berechnung sollten nur die Werte des Bundesanzeigers herangezogen werden. Eine im NEH optimale Verglasung ist eine Verglasung mit niedrigem k-Wert und hohem g-Wert. Übliche Wärmeschutzverglasungen haben einen k-Wert von 1,4 W/(m2 K) und einen g-Wert von ca. 0,6.

Das Dach

Im Dachbereich sollten bei NEH k-Werte von unter 0,15 W/(m2 K) angestrebt werden. Bei der Auswahl der Konstruktion ist auch hier die Vermeidung von Wärmebrücken, die Luftdichtigkeit sowie die Recyclingfähigkeit zu berücksichtigen. Üblich ist die Zwischensparrendämmung. Nahezu jedes Dämmmaterial ist einsetzbar. Eine zusätzliche Untersparrendämmung verringert den Wärmebrückeneffekt der Sparren und kann wiederum als Installationsebene genutzt werden. Die Dämmung auf den Sparren verlangt große Sorgfalt bei den Anschlusspunkten der Sparren an die angrenzenden Bauteile wie Wand oder Dachflächenfenster.

Wichtig: Eine sorgfältig ausgeführte Wärmedämmung und die luftdichte Bauweise sind unabdingbar für ein hochwärmegedämmtes Haus. Durch Ritzen und Fugen tritt trockene kalte Luft in das Gebäude ein, an anderer Stelle verlässt feuchte warme Raumluft das Gebäude durch die Konstruktion. Hierbei geht Energie verloren, es besteht zudem die Gefahr, dass in Folge Feuchtigkeit die Baukonstruktion schädigt.

Luftdichtheitsprüfung der Außenwand an einer Steckdose.

Hinweise zu Bauausführung

Die regelgerechte Ausführung sämtlicher Bauarbeiten ist bei einem Niedrigenergie- oder Passivhaus die wesentliche Grundlage, um die gewünschte Energieeffizienz zu gewährleisten. Vor allem im Anschlussbereich von Dach, Fenster und Außenwand können kleine Mängel gravierende Folgen nach sich ziehen. Nachfolgend einige Ausführungshinweise für diese sensiblen Bereiche.

Anschlüsse an Dach und Wand

Um die Luftdichtigkeit am Übergang vom Dach zur Wand zu gewährleisten, wird die Dichtungsfolie 20-30 cm heruntergeführt und mittels eines Dichtungsbandes und der Konterlattung an das Mauerwerk gedrückt. Danach wird die Folie mit einem Putzträger überspannt und eingeputzt. Die Dämmung der Außenwand schließt ohne Unterbrechung an die Dachdämmung an. Die luftdichtende Folie der Dachfläche wird hier von der Sparrenunterseite vor der Fußpfette auf den Ringanker gebracht. Ein Dichtungsband wird unterlegt und zusammen mit der Folie mit einer Haltelatte an den Ringanker angepresst. Undichtigkeiten entstehen, wenn die Folie schon an oder vor der Fußpfette endet. Um eine Unterbrechung der Dämmschicht zu vermeiden, muss die Dachdämmung bis zur Außenkante des Mauerwerks durchgeschoben werden.

... Außenwand und Sockel

Der Innenputz bildet im Regelfall die luftdichtende Ebene. Undichtigkeiten treten häufig beim Einbau von Steckdosen auf (siehe Bild). Die Kammern der Mauersteine werden durch das Bohren für Steckdosen angeschnitten. Wenn die Steine nicht vollfugig vermörtelt sind, gelangt durch die Dämmung Zugluft über die Fugen und Mauersteinkammern in die Steckdose. Hier dichtet effektiv ein Mörtelglattstrich in der Bohrung.

... Innenwand und Fußboden

Der Innenputz endet meist einige Zentimeter über dem Rohfußboden. Auch hier kann durch nicht vollfugige Vermauerung Luft ins Gebäude strömen, darum ist ebenfalls ein Mörtelglattstrich auf der unteren Steinlage aufzubringen.

... Innenwand und Dach

Sowohl die Wärmedämmung als auch die luftdichtende Ebene müssen oberhalb der Wand lückenlos durchgeführt werden. Schwierige Anschlüsse ergeben sich, wenn die Luftdichtungsbahn an das Mauerwerk angeschlossen wird. Besser ist es, diese Folie in dem Bereich vor dem Hochmauern der Innenwand einzubauen und gegen Beschädigungen mit einer Sperrholzplatte zu schützen.

... Fenster

Die Fugen zwischen dem Fensterrahmen und den angrenzenden Bauteilen sind mit einem Dämmstoff zu füllen. Die Dämmung sollte teilweise auch den Blendrahmen überdecken. Als Luftdichtung dient im Leichtbau beispielsweise eine Sperrholzplatte auf der Innenseite der Dämmung. Diese sollte an den Stößen und Anschlüssen mit einer Konvektionsschutzpappe überklebt werden. Beim Fensteranschluss ist die Pappe bis auf den Rahmen zu führen und hier zu verkleben.

Im Massivbau erfolgt die Luftdichtung durch den Innenputz. Das Ausschäumen der Einbaufuge zwischen Mauerwerk und Fensterrahmen mit Montageschaum kann nur als Einbauhilfe dienen, denn zur Dämmung und für die Luftdichtheit ist das Ausstopfen mit Dämmmaterial notwendig. Die Folie kann anschließend mit vorkomprimierten Dichtungsbändern abgedichtet, verklebt oder eingeputzt werden.

 

Prinzipschaubilder Wohnungslüftung: a) ohne Wärmerückgewinnung, b) mit Wärmerückgewinnung.

Durchdringungen von Wand- oder Dachkonstruktionen

Durchbrüche durch die Gebäudehülle sollten auf ein Minimum begrenzt werden. Dort, wo der Durchbruch unvermeidlich ist, muss eine luftdichte Verbindung von durchstoßendem Bauteil (z.B. Rohr) und durchbrochener Ebene erreicht werden. Hierzu muss eine Manschette ausgebildet werden, die mit einem Ende über das Rohr gestreift wird und mit vom Hersteller der Folie zugelassenen Klebebändern an derselben befestigt wird. Die Manschette um das Rohr kann nun über einen Klemmring abgedichtet oder verklebt werden (siehe Bild).

Heizungstechnik

Ein Niedrigenergiehaus reagiert sehr schnell auf thermische Einflüsse. Direkte Sonneneinstrahlung kann selbst im Winter ausreichen, ein Zimmer ausreichend zu erwärmen. Dann sollte die Heizung schnell reagieren. Bei Verwendung von Wärmeschutzglas müssen die Heizkörper nicht mehr unter dem Fenster stehen, denn die Oberflächentemperaturen am Glas liegen nur geringfügig unterhalb der Raumtemperatur. Es ist ausreichend, die Heizkörper auf eine Systemtemperatur von beispielsweise 70/45°C auszulegen. Bei Einkopplung von Solarenergie in die Heizung und bei Wärmepumpenbetrieb ist es notwendig, die Vorlauftemperatur niedriger zu wählen und somit sinnvoll auf Fußboden bzw. Wandheizung umzusteigen (50/30°C). Die Heizungs- und Warmwasserleitungen im Gebäude müssen nach Heizungsanlagenverordnung gut wärmegedämmt sein und sollten innerhalb der beheizten Hülle liegen.

Warmwasser

Im Wohnungsbau hat sich die Kombination Heizung und Warmwasserbereitung bewährt. Im Einfamilienhaus sind 300 Liter Speichergröße bei Einsatz einer Solaranlage sinnvoll. Im Mehrfamilienhaus muss die Speichergröße sorgfältig mit der Kesselleistung auf die äußeren Rahmenbedingungen angepasst werden. Zur Energieeinsparung sollte im Einfamilienhaus auf den Einsatz einer Zirkulationsleitung verzichtet werden.

Durch Einbau einer thermischen Solaranlage kann bei guter Auslegung etwa die Hälfte des jährlichen Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung gedeckt werden. Sollten beim Neubau die Finanzmittel für eine Solaranlage nicht ausreichen, so kann durch Verlegung der Leitungen die Möglichkeit der Nachrüstung geschaffen werden. Durch Einbau eines Pufferspeichers ist darüber hinaus die Nutzung der Solaranlage zur Unterstützung der Heizungsanlage möglich. Dafür sind im Einfamilienhaus in der Regel mindestens 10 m2 Kollektorfläche erforderlich.

Lüftung

Durch Baustoffe und durch Möbel in der Wohnung werden Schadstoffe freigesetzt. Hierzu zählen Lösungsmitteldämpfe aus Lacken, Stickoxide und Kohlendioxid. Wasserdampf durch Kochen, Körperpflege oder Pflanzen sollte ebenfalls abgeführt werden. Für eine ausreichende Lüftung sind etwa. 30 m3 Frischluft je Stunde und Person erforderlich. Theoretisch kann dieser Luftaustausch durch regelmäßiges Fensterlüften erreicht werden. Praktisch sieht es aber ganz anders aus: entweder wird deutlich zu viel oder zu wenig gelüftet. In Niedrigenergiehäusern gehört deshalb eine einfache Abluftanlage zur Grundausstattung. Hierbei wird über Ventile in der Außenwand oder die Fenster frische Außenluft in die Wohn- und Schlafräume gesaugt. Diese Luft strömt über die Flure in die Abluftzonen Küche und Bad. Hier wird die belastete Luft abgesaugt und mittels eines Ventilators durch ein Rohrnetz aus dem Gebäude transportiert. Rohrnetz und Ventile sollten einfach zu reinigen und strömungsgünstig konzipiert sein.

Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung entziehen der abgesaugten Luft Energie und wärmen die Frischluft vor, die über ein zweites Kanalrohr den Wohn-, Schlaf- und Arbeitsräumen zugeführt wird. Die Auswahl des Anlagentyps sollte frühzeitig erfolgen, damit bereits in der Planungsphase der Platz für Rohrleitungen und Zentralgerät mit berücksichtigt werden kann.

B i l d e r : Energieagentur NRW, Wuppertal

*  Dipl.-Ing. Rainer van Loon, Energieagentur NRW

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