Wo ein starres Passivhauskonzept nicht umsetztbar war, wurde mit dem energy+Home aus der Not eine Tugend gemacht und die erste Sanierung eines Wohnhauses zu einem Plusenergiehaus mit Elektromobilität realisiert:
ein emissionsfreies Gebäude, das mehr Energie erzeugt als es verbraucht und damit sogar das eigene Elektroauto tankt.
Die Ausgangsituation
Bei dem energy+ Home handelt es sich um ein typisches Einfamilienhaus in Mühltal bei Darmstadt. Das 1970 in Hanglage errichtete Wohnhaus war mit 154 m² Wohnfläche für einen 4- bis 5-Personen-Haushalt ausgelegt. Ölzentralheizung, zentrale Warmwasserversorgung, überdachter Balkon und Terrasse sowie eine beheizte Garage gehörten zur Ausstattung des nach damaligen Vorstellungen hochwertigen Einfamilienhauses. Hiermit ging ein mittlerer Primärenergieverbrauch von 408 kWh / m² a einher, allerdings zu einer Zeit als man noch für Heizöl 1 Cent/kWh bezahlte gegen über heute 9 Cent/kWh. Wie viele Standorte in Deutschland, ist auch diese Wohnsiedlung nicht an die öffentliche Gasversorgung angeschlossen, weshalb seit den 70er Jahren mit Erdöl geheizt wird. Der Einsatz von Heizöl als Energieträger, bedingt die Notwendigkeit von Aufstellflächen für Öltanks in einer Größe von ca. 16 m², hinzu kommen Vorraum und Heizungsraum, die den Bewohnern bisher nicht als Wohn- oder Nutzfläche zur Verfügung stehen; gleichzeitig stellen die Tanks eine Gefährdung für Bewohner und Umwelt dar.
Das Plus an Tageslicht
Die Fensterflächen des Gebäudes entsprachen ursprünglich ca. 12 % der Grundfläche und belichteten die Innenräume nur unzureichend. Der Fensteranteil in den Außenwänden und zusätzlich in der Dachfläche wurde im Zuge der Sanierung auf über 34 % der Geschossfläche erhöht. Über raumhohe Panoramafenster mit hochdämmender Dreischeibenverglasung sowie neu integrierten großformatigen Dachwohnfenstern werden die Räume nun mit Tageslicht durchflutet. Insgesamt wurde die Fensterfläche auf 76 m² vergrößert. Dies steigert nachweislich das Wohlbefinden der Bewohner durch natürliches Tageslicht und reduziert darüber hinaus die Nutzungsdauern zusätzlicher künstlicher Lichtquellen mit dem damit einhergehenden Energie- und Ressourcenverbrauch.
Das Plus in energy +
Eine CO2-neutrale Energieversorgung ist für Gebäude nur möglich, wenn der Energiebedarf auf ein Minimum reduziert wird. Hierzu wurden an den Außenwänden, der Kellergrundfläche sowie dem Dach Dämmschichten mit Dicken zwischen 100 und 280 mm angebracht. Diese wurden bereichsweise als Außen- und Innendämmung ausgeführt. Der im Hang an das Erdreich angrenzende Bereich der Außenwände wurde ebenfalls außenseitig und teilweise mit Innendämmung gedämmt, um Wärmebrücken zu vermeiden. In unzugänglichen Bereichen, z.B. zur Nachbarhaus hin, wurde eine Innendämmung mit Hochleistungsdämmstoffen ausgeführt. Ebenso wurde die Qualität der Gebäudehülle durch das Ersetzen der Fenster verbessert. Dabei wurde eine hochwertige Drei-Scheiben-Wärmeschutzverglasung eingesetzt. Insgesamt wurde der spezifische Transmissionswärmeverlust durch die genannten Maßnahmen von 1,50 W/m² K auf 0,298 W/m² K gesenkt, dies entspricht einer Verbesserung von über 80 %.
In allen Gebäuden entsteht zusätzlich ein großer Wärmeverlust durch den Luftwechsel der warmen Innenluft mit kalter Außenluft. Der Wärmeverlust durch unkontrollierten Luftwechsel infolge von undichten Bauteilen wird durch den Einbau neuer Fenster mit einer höheren Dichtigkeit reduziert. Eine mechanischen Be- und Entlüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung saugt »verbrauchte« warme Luft ab und nach führt diese nach außen ab. Dabei wird die enthaltene Wärme über einen Wärmetauscher an die Frischluft übertragen, die dem Gebäude in anderen Räumen zugeführt wird.
Eine Wärmepumpe, die der Außenluft Umweltwärme entzieht und diese an einen Warmwasserspeicher überträgt, wurde ebenfalls installiert. Vorteil einer Wärmepumpe ist, dass für die Erzeugung von 3 kWh Wärme im Jahresdurchschnitt nur etwa 1 kWh Strom benötigt wird. Es werden dementsprechend etwa 66 % der benötigten Energie regenerativ aus der Umwelt gewonnen. Um die regenerative Wärmeversorgung weiter zu steigern, wurde zusätzlich ein Holzkaminofen mit Warmwasserwärmetauscher im Gebäude installiert. Die Wärme des Ofens wird über einen Wärmetauscher direkt zur Warmwassererzeugung genutzt. Neben der wohligen Kaminwärme entsteht für die Bewohner die Sicherheit, jederzeit – in anhaltenden Kälteperioden – das Grundbedürfnis nach Wärme individuell decken zu können.
Der notwendige Strom zum Betrieb der Wärmepumpe wird durch eine Photovoltaikanlage aus monokristallinen Solarzellen auf dem Dach des Gebäudes mit einer Leistung von 12,8 kWp erzeugt. Erwirtschaftete Energieüberschüsse aus der Photovoltaikanlage in der Sommerperiode werden in das öffentliche Netz eingespeist, das im Gegenzug den Stromverbrauch über den Netzverbund absichert. Der darüber hinaus produzierte Stromüberschuss von über 3.400 kWh reicht aus, um mit einem elektrisch betriebenen PKW bei einem Verbrauch von 14 kW / 100 km etwa 25.000 km/a zurückzulegen, was einer täglichen Fahrleistung von 100 km / Arbeitstag entspricht.
Das Plus an Raum
Aus einem kleinteiligen und unzureichend natürlich belichteten Haus wurde ein großzügiger Lebensraum für fünf Personen mit individuellen Privatsphären und einem zentralen Wohn- und Essbereich entwickelt. Im Zuge der Sanierung vergrößerte sich die nutzbare Grundfläche des Gebäudes von 158 m² auf 185 m², verteilt über zwei Etagen. Der Grundriss wurde großzügiger organisiert und mit flächenbündigen raumhohen Türen und dunklen Massivholzdielen ausgestattet.
Alle Räume haben eine Niedertemperatur-Fußbodenheizung erhalten. Der Rückbau der Holzbalkendecke im Obergeschoss vergrößerte die lichte Raumhöhe im Wohn- und Essbereich auf bis zu fünf Meter. Großflächige Dachfenster ermöglichen über die vertikale Erschließung eine Tageslichtlenkung bis in das Untergeschoss. Die Wohnqualität wurde deutlich verbessert.
Das Plus an Nutzfläche
Der heute nicht mehr benötigte Öltank und die Heizungsanlage wurden entfernt. Im ehemaligen Lagerbereich ist ein neues Wellnessbad entstanden. Weiterhin wurde der bereits überdachte Teil der ehemaligen Terrasse geschlossen und auch hier neuer hochwertiger Wohnraum gewonnen. Langfristige finanzielle Positiveffekte für Bewohner und Gesellschaft durch erhöhtes Wohlbefinden und gesünderes Wohnen gehen damit einher.
Das Energie-Fazit
Durch eine hocheffiziente Wärmedämmung der Außenhaut und ein ausgeklügeltes Energiekonzept mit einer hocheffizienten Luft-Wasser-Wärmepumpe, energieeffizienten Haushaltsgeräten und optimierter Tageslichtversorgung konnte der Energieverbrauch extrem reduziert werden. Für den Haushaltsstrom wurde ein Bedarf von 2500 kWh/a errechnet, der zusammen mit dem für das Heizsystem benötigten 4150 kWh/a komplett von der Photovoltaikanlage auf dem Dach mit 12,8 kWp gedeckt wird. Der darüber hinaus produzierte Stromüberschuss von 3250 kWh reicht aus, um mit einem elektrisch angetriebenen PKW bei einem Verbrauch von 14 kW /100 km etwa 25.000 km /a zurückzulegen, was einer täglichen Fahrleistung von 100 km / Arbeitstag entspricht.
Das energy+Home demonstriert beispielhaft, dass die Sanierung von alten Bestandsgebäuden hin zu klimaneutralen Gebäuden bereits heute möglich ist. Dies wird durch eine konsequente Reduktion der Wärmeverluste, die Nutzung von effizienter Anlagentechnik unter Verwendung regenerativer Energien sowie durch die Integration von Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung am Gebäude ermöglicht. Es wird ein Energiestandard erreicht, der voraussichtlich im Jahr 2020 für Neubauten zu erwarten ist.
Tabelle: Vorher-Nachher-Vergleich
Quelle: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Architektur
Konzeption und Entwicklung:
Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Architektur
Institut für Tragwerksentwicklung und Bauphysik
Univ. Prof. Dr.-Ing. Karsten Ulrich Tichelmann
Entwurf, Architektur und Umsetzung:
Tichelmann und Barillas Ingenieure, TSB Ingenieurgesellschaft mbH
Lang+Volkwein Architekten und Ingenieure
Projektpartner:
Eternit, Grohe, Hager, Isover Saint-Gobain, Mosa. Tiles, Mawa Design, Miele, Pedotherm, Parador, Ried und Sohn, Rigips Saint-Gobain, Serge Ferrari, Sopro, Teckentrup, Velux, Vaillant, Victoria & Albert, Weber Saint-Gobain, Wedi
Fachplanung Energiekonzept:
Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Architektur, Institut für Tragwerksentwicklung und Bauphysik
Tichelmann & Barillas Ingenieure, TSB Ingenieurgesellschaft mbH
Fotos:
diephotodesigner.de OHG – Institut für Bildhygiene