 Passivhaus und energieeffizientes Bauen -
dokumentiert an einem Bauvorhaben in Halle
Passivhäuser toppen die EnEV um ein Vielfaches
Am 01.02.2002 ist in Deutschland die Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft getreten. Ziel dieser Verordnung ist es, die Anforderungen an Neubauten gegenüber dem Niveau der Wärmeschutzverordnung von 1995 um ca. 30% zu verschärfen und damit das Niedrigenergiehaus zum gesetzlich geforderten Standard zu erklären. Dieses Einsparpotenzial war den Bauherren Wera und Hartmut Kiesel nicht genug. Denn durch konsequente Weiterentwicklung des Niedrigenergiehaus-Standards ist heute bereits eine Energieeinsparung um mehr als 80% möglich. Gebäude mit derart niedrigem Energieverbrauch werden als Passivhäuser bezeichnet. Mit rund 1000 alleine in Deutschland erstellten Passivhäusern bis Ende letzten Jahres kann mittlerweile von einer erprobten und in zunehmendem Maße auch wirtschaftlichen Bauweise gesprochen werden.
Grundlage für den extrem niedrigen Energieverbrauch ist eine hochgedämmte, luftdichte Gebäudehülle und eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Zusammen mit den Energiegewinnen aus Sonneneinstrahlung und internen Wärmequellen (Elektrogeräte, Bewohner) ist es möglich, den Heizwärmebedarf auf unter 15 kWh pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr zu begrenzen, dies entspricht 1,5 Litern Heizöl pro Quadratmeter und Jahr. Aufgrund dieses geringen Heizwärmebedarfs ist es möglich, auf eine herkömmliche Heizungsanlage zu verzichten und die benötigte Heizwärme alleine über die Lüftungsanlage bereitzustellen.
Als Entscheidungsgrund für die Errichtung des eigenen Hauses als Passivhaus wurde von Hartmut Kiesel neben der enormen Energieeinsparung die hohe Wohnbehaglichkeit angeführt. Durch die hochgedämmte, luftdichte Gebäudehülle werden gleichmäßige Luft- und Innenoberflächentemperaturen erreicht. Eine spürbare Strahlungstemperaturasymmetrie entfällt und die Entstehung von Raumluftwalzen und Kaltluftseen am Boden wird unterbunden. Außerdem wird über die Lüftungsanlage die Raumluft ständig erneuert. Die angenehm temperierte Frischluft führt zu einem behaglichen Wohnklima.
Erfahrungen aus der Praxis
Eine Frage des Geldbeutels ist der Bau eines Passivhauses heute wohl nicht mehr. Die rund zehn Prozent Mehrkosten, die ein Passivhausbau im Durchschnitt noch mehr kostet, amortisieren sich innerhalb weniger Jahre durch die wesentlich geringeren Energiekosten. Auch Architekt Johann-Christian Fromme aus Halle/Saale bestätigt dies. Er plante und realisierte kürzlich ein solches "Energiesparwunder" im Auftrag von Wera und Hartmut Kiesel, die sich am Stadtrand von Halle den Traum vom eigenen Haus verwirklichten. Das Einfamilienhaus ist für einen Vier-Personen-Haushalt ausgelegt und hat eine Wohnfläche von 135 Quadratmetern.
Eine Frage des Geschmacks ist der Bau eines Passivhauses wohl nie wirklich gewesen. Zwar vernahm beinahe jeder von uns schon die Ammenmärchen über viereckige schmucklose "Kästen" mit Riesenfenstern, die nicht geöffnet werden dürfen. Doch dass die neuen 1,5-Liter-Häuser durchaus modern, extravagant oder einfach gemütlich und schön sein können und dem Architekten genügend gestalterischen Freiraum lassen, beweisen zahlreiche Projekte in ganz Deutschland, darunter das der Kiesels in Halle. Auch die Befürchtungen, im Passivhaus kein Fenster öffnen zu dürfen, sind seit langem widerlegt. Natürlich sollten im tiefsten Winter Fenster oder Türen nicht über längere Zeit geöffnet sein, doch das sind sie im konventionellen Haus sicher auch nicht. Hier ist auch zu erwähnen, dass durch die ständig zugeführte Frischluft kein Bedürfnis und auch keine Erfordernis nach Fensterlüftung besteht.
Viele der anspruchsvollen Problemstellungen während der Planungs- bzw. Bauphase wurden in Zusammenarbeit mit REHAU gelöst. Neben Produkten speziell für die Anforderungen des Passivhauses fanden auch allgemeine Bauprodukte von REHAU Verwendung.
Gebäudehülle
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, stellt die hochgedämmte luftdichte Gebäudehülle ein wesentliches Kriterium für das Erreichen des Passivhaus-Standards dar. Für die nicht transparenten Bauteile der Gebäudehülle ist ein Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) kleiner 0,15 W/m²K anzustreben und gerade bei den Detailpunkten – z.B. Übergang Bodenplatte-Außenwand oder Außenwand-Dach - ist auf eine wärmebrückenfreie Ausführung zu achten.
Als Konstruktion für das Passivhaus Halle wurde eine Holzrahmenbauweise gewählt. Die Außenwände (U-Wert = 0,105 W/m²K) bestehen aus 24 cm starken TJI-Trägern mit Zellulosedämmung, auf der Innenseite eine Vorsatzschale (8 cm) als Installationsebene mit Mineralfaserdämmung und außen ein 8 cm dickes Wärmedämmverbundsystem.
Auf die Stahlbetonbodenplatte wird eine 20 cm dicke Styrodurdämmschicht und Estrich aufgebracht (U-Wert = 0,149 W/m²K).
Die Dachkonstruktion (U-Wert = 0,089 W/m²K) ist aus TJI-Trägern (40 cm) mit Zellulosedämmung und einer 6 cm starken Unterhangdecke mit Mineralfaserdämmung aufgebaut.
Die luftdichte Gebäudehülle wird durch Dampfbremsbahnen in der Dachkonstruktion und abgeklebten Stößen der OSB-Platten in den Außenwänden erreicht. Die Luftdichtheit wurde über einen sogenannten Blower-Door-Test überprüft. Der Druck-Test ist bestanden, wenn der n50-Wert kleiner als 0,6 h-1 beträgt. Dies bedeutet, dass bei einem Druckunterschied von 50 Pascal weniger als 60% des Gebäudevolumens an Luftmenge über Undichtigkeitsstellen innerhalb einer Stunde ausgetauscht werden. Die Messung wurde direkt nach Fertigstellung der luftdichten Hülle durchgeführt. In diesem Bauzustand war noch keine Zellulosedämmung im Zwischenraum der TJI-Träger eingeblasen und auch die Vorsatzschale auf der Innenseite und das Wärmedämmverbundsystem auf der Außenseite der Außenwände fehlte. Trotz dieses frühen Baustadiums wurde der Druck-Test bestanden (n50 = 0,49 h-1 < 0,6 h-1). Nach Fertigstellung des Bauvorhabens ist demnach mit einem noch besseren Luftdichtheitswert zu rechnen.
Die luftdichte und wärmebrückenfreie Gebäudehülle kann als Garant für eine langlebige und dauerhafte Konstruktion angesehen werden. Der Blower-Door-Test dient demnach als Gütesiegel und zur Überprüfung der Ausführungsqualität.
Auch an die Fensterelemente in der Gebäudehülle werden erhöhte Anforderungen (Wärmedämmung, Glaseinstand, Montage) gestellt. Es sind spezielle passivhausgeeignete Fensterrahmen (Uf < 0,8 W/m²K) mit einem erhöhten Glaseinstand einzusetzen. Als Verglasung sind 3-Scheiben-Isolierverglasungen mit Argon- oder Krypthon-Füllung, Wärmefunktionsschichten und einem Randverbund aus polymeren Werkstoffen (warme Kante) vorzusehen. Durch derartige Fensterelemente wird bei normalen Raumhöhen die Entstehung von Kaltluftströmen auf der Innenseite der Fenster verhindert, so dass auf Heizkörper unterhalb der Fenster verzichtet werden kann.
Um diesen Anforderungen optimal gerecht zu werden, wurde das vom Passivhaus-Institut in Darmstadt zertifizierte Fenstersystem REHAU-Clima-Design (Uf = 0,71 W/m²K) eingesetzt. Die Fensterprofile bestehen aus PVC, einem seit mehreren Jahrzehnten im Fensterbau bewährten Werkstoff mit seinen bekannten Vorteilen bezüglich der Langlebigkeit und Pflegeleichtigkeit. Durch eine vergrößerte Bautiefe, dem Einsatz von speziellen Dämmkeilen und dem erhöhten Glaseinstand im Vergleich zu herkömmlichen Fenstersystemen werden die Anforderungen an ein Passivhausfenster entsprechend umgesetzt. Die Bauherren Wera und Hartmut Kiesel zeigten sich hochzufrieden: "Wir sind von unseren Fenstern wirklich begeistert. Sie bieten eine elegante Ansicht, sind schmal - wir möchten beinahe sagen 'schlank' - und entsprechen voll unserem Geschmack.” (Anmerkung: Zur Messe Fensterbau Frontale 2002 vom 20.-23. März 2002 in Nürnberg wird die erste REHAU-Haustür für Passivhäuser vorgestellt.)
Auch Architekt Fromme zeigt sich begeistert und wird auch künftig auf das Fensterprofilsystem REHAU-Clima-Design zurück greifen. Durch die getrennte Anlieferung von Rahmen und Scheiben habe sowohl das Handling als auch der Einbau der Fenster hervorragend geklappt. "Und das Design gefällt mir sehr", fügt Fromme hinzu.
Anlagenkonzept
Aufgrund des geringen Heizwärmebedarfs in Passivhäusern kann auf eine herkömmliche Heizungsanlage verzichtet werden. Die Energie zur Beheizung des Gebäudes kann alleine über die ohnehin notwendige Lüftungsanlage bereitgestellt werden. Durch den Einsatz einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung kann der Heizwärmebedarf im Vergleich zu Niedrigenergiehäusern um ca. 30% reduziert werden. Man erhält ein angenehmes Raumklima mit ständig frischer Luft (ca. 30 m³ pro Stunde und Person). Die Feuchtigkeit wird herausgelüftet, so dass eine Schimmelbildung dauerhaft verhindert wird. Auch wird die Staubentwicklung im Haus merklich reduziert.
Im Passivhaus Halle kommt ein Lüftungs-Kompaktgerät (MAICO AEREX) zum Einsatz. Das System vereint Lüftung, Heizung und Brauchwassererwärmung.
Die Heizwärme für das Gebäude wird mit der Frischluft zugeführt. Zunächst wärmt ein Erdwärmetauscher die Außenluft vor (siehe Abschnitt Erdwärmetauscher). Eine weitere Aufwärmung erfolgt im Plattenwärmetauscher des Kompaktgerätes, in dem die im Bad und Küche abgesaugte warme Abluft einen großen Teil ihrer Wärme an die vorgewärmte Frischluft abgibt. Ist die Frischluft nach dem Plattenwärmetauscher noch zu kalt, wird der verbleibende Heizbedarf durch eine Wärmepumpe des Kompaktgerätes gedeckt, die der Abluft nach dem Wärmetauscher noch weitere Energie entzieht. Die so temperierte Frischluft wird über Luftauslässe in das Wohn-/Esszimmer und die Schlaf-/Kinderzimmer geblasen. Die Austrittsgeschwindigkeit der Luft ist dabei so gering, dass keine Zugerscheinungen wahrgenommen werden können. Da über die Lüftungsanlage ständig Frischluft zugeführt wird, entsteht ein angenehmes Raumklima und das Bedürfnis nach Lüftung über die Fenster entfällt. Entgegen der weit verbreiteten Meinung ist es jedoch nicht verboten, selbst im Winter die Fenster zu öffnen.
Das Warmwasser für die Küche und die beiden Bäder wird vorrangig mit der Solaranlage erzeugt (siehe Abschnitt Solaranlage). Wird die Mindesttemperatur im Bereitschaftsteil des Speichers nicht erreicht, heizt die Wärmepumpe des Kompaktgerätes nach.
Erdwärmetauscher
 Wie erwähnt, wird die Frischluft der Lüftungsanlage über einen Erdwärmetauscher angesaugt. Der Erdwärmetauscher besteht im Wesentlichen aus einem ca. 35 m langen Rohr ( 200 mm) das in einer Tiefe von ca. 1,5 bis 2,0 m verlegt wird. Normalerweise wird das Rohr für den Erdwärmetauscher um das Haus in der ohnehin vorhandenen Baugrube angeordnet. Da das Passivhaus Halle wegen des nahe der Erdoberfläche anstehenden Schichtenwassers ohne Keller ausgeführt wurde, erfolgte die Verlegung des Rohres in einem separaten Graben. Das anstehende Wasser erschwerte zwar die Bauarbeiten, führt jedoch im Betrieb des Erdwärmetauschers zu einem sehr guten Wärmeübergang zwischen Erdreich und Rohr. Da der Erdboden in Tiefen ab rund einem Meter unabhängig von der Außentemperatur eine fast konstante Temperatur von etwa 6 bis 9°C aufweist, wird im Winter bei tiefen Temperaturen eine deutliche Vorwärmung der angesaugten Außenluft erreicht. Eine teure Defroster-Heizung vor dem Wärmerückgewinnungsgerät kann entfallen. Im Sommer dagegen wird eine deutliche Kühlung der angesaugten Frischluft bewirkt. Gerade in Passivhäusern mit großen Fensterflächen in der Südfassade - auch in unserem Vorzeigeobjekt in Halle sind im Wohn-/Essbereich fünf raumhohe Fenster bzw. Terrassentüren eingebaut - findet so eine angenehme Abkühlung der Raumluft statt. Da im Sommerbetrieb Kondensat an den Rohrwandungen anfallen kann, ist es erforderlich, den Erdwärmetauscher mit einem konstanten Gefälle von ca. 2o einzubauen. Zur kontrollierten Ableitung des Wassers wurde am Tiefpunkt ein Kondensatschacht angeordnet. Dieser Schacht wurde luftdicht ausgeführt, damit keine Fremdluft angesaugt werden kann.
Aufgrund der ausgezeichneten spezifischen Wärmeleitfähigkeit sind Rohrsysteme aus Polyethylen oder Polypropylen für den Einsatz als Wärmetauscher PVC-Rohren vorzuziehen. In Halle kamen AWADUKT PE-Rohren von REHAU zum Einsatz.
Solaranlage
Aufgrund des geringen Energieverbrauches ist es möglich und macht es Sinn, auf regenerative Energiequellen zurückzugreifen. Im Passivhaus Halle wurde daher für die Trinkwassererwärmung eine Solaranlage installiert. Für den 4-Personen-Haushalt wurden zwei Solarkollektoren REHAU-SOLECT (2 x 2,55 m²) mittig auf dem Flachdach als "Sonnensegel" aufgeständert. Entsprechend der Auslegung der Solaranlage über Warmwasserbedarf, Kollektorneigung/-ausrichtung und der zu erwartenden Sonneneinstrahlung im Raum Halle kann der Warmwasserbedarf im Sommer nahezu vollständig gedeckt werden. Im Winter kann das Wasser vorgewärmt und damit 10 - 20 % Energie eingespart werden. Somit wird rund 60 % der Warmwassererwärmung im Jahresmittel mit der Solaranlage gedeckt.
Trinkwasserinstallation
Der Warmwasserbedarf wird durch das Nutzerverhalten und den gewünschten Komfort der Bewohner bestimmt und kann kaum beeinflusst werden. Hingegen können die Verteilverluste bei schlechter Planung und Ausführung bis zu 20% des Warmwasserbedarfs betragen. Im Passivhaus Halle sind die Installationsleitungen auf kurzen Wegen innerhalb der gedämmten Gebäudehülle verlegt. Zum Einsatz kam das Rohrsystem RAUTITAN von REHAU.
Regenwassernutzung
Unter ökologischen Gesichtspunkten bietet sich neben der reinen Energieeinsparung auch das Sparen von Ressourcen im Bereich Trinkwasser an. Ausreichend Niederschlag gibt es fast überall in Mitteleuropa. Wird dieses Regenwasser zentral in einem Tank gesammelt, über eine Pumpe ins Haus gebracht und dort verteilt, so steht kostenloses Regenwasser statt teurem Trinkwasser zur Verfügung.
Im Durchschnitt verbraucht der deutsche Bundesbürger 140 Liter kostbares Wasser pro Tag. Davon spült er allein schon 1/3 der Menge durch das WC. Dieses Trinkwasser kann vollkommen unproblematisch durch Regenwasser ersetzt werden. Auch für die Nutzung zum Wäsche waschen ist Regenwasser geeignet. Durch seine kalkarme und weiche Beschaffenheit wird deutlich weniger Waschmittel benötigt. Darüber hinaus kann Regenwasser zur Gartenbewässerung und zur Reinigung von Garten und Haus eingesetzt werden. Insgesamt ist über die Hälfte des täglichen Frischwasserverbrauchs durch Regenwasser ersetzbar.
Für die Regenwassernutzung im Passivhaus Halle wurde das Komplettsystem RAURAIN II von REHAU eingesetzt. Der Tank wurde im Randbereich des rund 1600 Quadratmeter großen Grundstücks vergraben. Über die Randbedingungen: angeschlossene Dachfläche von 150 m², Niederschlagsmenge von 500 mm/Jahr und der gewählten Speichergröße von 3.300 Litern wurde für den 4-Personen-Haushalt ein Deckungsgrad von 70 % errechnet. Dies bedeutet, dass 70 % des Wasserbedarfs für WC-Spülung, Waschmaschine und Gartenbewässerung durch Regenwasser gedeckt werden. Die restlichen 30 % werden durch Trinkwassernachspeisung bereitgestellt.
Schallschutz
Neben Energieeinsparung und Ressourcenschonung war für Familie Kiesel auch der Komfort ein wichtiges Argument für ihr Passivhaus. Durch die hochwertige Gebäudehülle werden nicht nur die Energieverluste auf ein Minimum reduziert, auch der Lärm von außen wird wirksam gedämpft. Aus diesem Grund wird der Schallschutz innerhalb des Gebäudes zunehmend wichtiger. Einen Beitrag dazu leistet RAUPIANO, das schalldämmende Hausabflusssystem von REHAU. Durch schallreduzierende Füllstoffe in der Rohr-/Formteilwand und den Einsatz einer hochdämpfenden Schellenbefestigung werden Fließgeräusche in den Hausabflussleitungen reduziert.
Wohlbehagen und Energieeinsparung im Einklang
Am Bauvorhaben Halle wird wie an anderen Passivhäusern deutlich, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, durch den gezielten Einsatz von Produkten und Problemlösungen Energie zu sparen und Ressourcen zu schonen. Die Verpflichtung gegenüber unserer Umwelt führt mehr und mehr zum Umdenken - übrigens auch Hauptgrund der Kiesels, ein Passivhaus zu bauen.
Neben der reinen Energieeinsparung führt der Passivhausstandard zu einer verbesserten Gebäude- und Wohnqualität. Dies wurde bereits durch zahlreiche überwachte Bauvorhaben dokumentiert.
Das Bauvorhaben Halle zeichnet sich dadurch aus, dass hier eine breite Palette von Problemlösungen eines Anbieters eingesetzt wurde. Mit dem gewerkeübergreifenden REHAU-Fachwissen und innovativen REHAU-Produkten wird für Planer und Architekten ein wertvoller Beitrag zur Vereinfachung der Planung und Realisierung geleistet.
Projektdaten Passivhaus Halle
Architekt |
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Joh.-Chr. Fromme, Halle www.architekt-fromme.de |
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Fachplaner |
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Haustechnik: IB Kunkel, Zwickau
Bauphysik: M. Weiße, Bennstedt |
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Errichtung |
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Herbst 2001/Frühjahr 2002 |
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Objektgröße |
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Einfamilienhaus
4-Personen-Haushalt
135 m² Wohnfläche |
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Konstruktion |
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Holzständerbauweise |
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Fenster |
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REHAU-Clima-Design
Uf = 0,71 W/m²K |
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Lüftung |
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Kompaktgerät MAICO AEREX |
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Erdwärmetauscher |
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REHAU-AWADUKT THERMO ( 200 mm)
REHAU-Kondensatableitungsschacht |
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Solaranlage |
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REHAU-SOLECT
(2 Kollektoren) |
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Regenwassernutzung |
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RAURAIN II
(3.300 Liter-Tank) |
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U-Werte |
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Außenwände
Boden
Dach |
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0,11 W/m²K
0,15 W/m²K
0,09 W/m²K |
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Energiebilanz nach PHPP |
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Heizwärmebedarf
Primärenergiekennwert |
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11,9 kWh/m²a < 15,0 kWh/m²a
94,5 kWh/m²a < 120,0 kWh/m²a |
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Luftdichtheit |
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Blower-Door-Test |
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n50 = 0,49 h-1 < 0,60 h-1 |
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