Ausgangspunkt der Betrachtungen zum Wohnen und allgemein zum »Behaust sein« (trifft also auch auf Arbeitsstätten, Schulen etc. zu) ist das Bestreben, dass mit dem Haus Bedingungen der thermischen Behaglichkeit geschaffen werden sollen.

Der wichtigste Einflussfaktor auf das thermische Wohlbefinden in einem Raum ist die umgebende Temperatur; sie setzt sich aus der Raumlufttemperatur und der Temperatur der Raumumschließungsflächen zusammen. So gesehen ist das Haus nach der Kleidung die »Dritte Haut« des Menschen; es hat die Aufgabe Wärmeverluste an die Umwelt durch Wärmegewinne auszugleichen und evtl. im Sommer auch umgekehrt.

Dabei gibt es im Prinzip nur 2 Wege der Energieverluste und -gewinne:

Verluste

Transmissions-Wärmeverluste (TWV): Verluste durch die Hüllflächen des Hauses wie Dach, Wände, Boden etc.
Lüftungs-Wärmeverluste (LWV): Verluste durch den für die Behaglichkeit notwendigen Luftaustausch verbrauchter Raumluft gegen frische Außenluft

Gewinne

Solarer Wärmebeitrag (SWB):
1. Passive Gewinne sind direkte Energiegewinne durch Sonneneinstrahlung
2. Aktive Gewinne sind indirekte Energiegewinne durch technische Geräte zur Umsetzung der Sonnenenergie in Wärme (Warmwasser-Sonnenkollektoren) oder Strom (Photovoltaik-Anlagen).
Interner Wärmebeitrag (IWB):
Der Bewohner und Haustiere als Wärmequelle (bei einem hochwärmegedämmten Haus z.B. Passivhaus ein nicht zu unterschätzender Wärmebeitrag) und Wärmeverluste von Geräten und Prozessen im Haus wie Kochen, Waschen, Bügeln, Beleuchtung etc.

Der Unterschied zwischen Wärmeverlusten und -gewinnen ist der durch die Zusatzheizung (ZH) abzudeckende Wärmebedarf. Die einzelnen Maßnahmen zur Energieeinsparung, -gewinnung und Wärmeerzeugung müssen in einem Gesamtkonzept entstehen und aufeinander abgestimmt werden.

Einfluss von Haustyp, -form und -ausrichtung

Haustyp, -form und -ausrichtung haben einen bedeutenden Einfluss auf Energiegewinne und -verluste.

Gebäudeform & -typ

Von großer Bedeutung für die Transmissions-Wärmeverluste ist der A/V-Wert, d.h. das Verhältnis von Gebäude-Oberfläche zum Volumen des Gebäudes. Bei gleicher Form hat ein kleines Volumen eine verhältnismäßig größere Außenfläche als ein großes Volumen. Damit wird ersichtlich, dass freistehende Einfamilienhäuser gegenüber Reihen- oder Mehrfamilienhäusern energetisch ungünstiger sind.

Beim einzelnen Baukörper selbst gibt es eine oft unverhältnismäßige Vergrößerung der Oberfläche durch Bauteile wie Erker, kleine Anbauten, Gauben usw.; diese gilt es zu vermeiden.

Grundsätzlich:

Öffnen zur Sonne d.h. Glasflächen vor allem nach Süden und schließen nach Norden
Aufenthaltsräume nach Süden orientiert und Nebenräume nach Norden d.h. thermische Zonierung im Haus mit Räumen mit hohem Wärmebedarf nach Süden.
»Wärmequellen« wie Heizung, Warmwasserbereitung und -speicherung möglichst im Zentrum des Hauses oder zumindest im beheizten Bereich und nicht wie bisher meist im Keller; so werden die Wärmeverluste dieser Anlagen zu internen Wärmegewinnen.

Der Baukörper

Wärmeschutz

Richten wir den Blick auf den baulichen Wärmeschutz, und damit auf die Hülle des Gebäudes. Wichtig ist, dass diese Hüllflächen ohne Ausnahme sehr gute Wärmedämmeigenschaften aufweisen müssen. Die bauphysikalischen Erkenntnisse der letzten 50 Jahre haben die Dämmstärken von 3 cm auf bis zu 40 cm erhöht.

Die verwendeten Konstruktionen, die Materialen und Dämmstoffe können frei gewählt werden. Auch können bei ein und demselben Gebäude je nach den klimatischen Verhältnissen z. B. die Außenwände unterschiedlich ausgeführt werden.

Reduzierung der Wärmebrücken

Als Wärmebrücken bezeichnet man die Stellen, an denen Wärme »schneller« durchdringen kann als an der allgemeinen Fläche eines Bauteiles. Unvermeidliche Durchdringungen etwa durch Befestigungen sind auf ein absolutes Mindestmaß zu reduzieren. Die Wärmebrückenfreiheit ist nicht nur wegen des Wärmeverlustes notwendig, sondern auch zur Vermeidung von Schwitzwasser und Schimmelbildung. Die Planung erfordert genaue Detailkenntnisse.

Luftdichtheit der Gebäudehülle

Wärme kann nicht nur durch Transmission entweichen, sondern auch durch kleine Undichtigkeiten der Gebäudehülle.

Die Luftdichtheit kann beispielsweise mit einem durchgehenden Innenputz erreicht werden, wenn dieser an allen Bauteilen anschließt, also an der Rohdecke und am Rohboden. Im Leichtbau erreicht man die Luftdichtigkeit durch Einziehen von Folien oder Windpappen, deren Stöße man verklebt. An allen angrenzenden Bauteilen und Durchdringungen sind diese dauerhaft und dicht anzuschließen. Wichtig ist dabei die Kontrolle der Ausführung auf der Baustelle.

Passive Solarenergienutzung

Unter Systemen zur passiven Nutzung der Solarenergie werden diejenigen Systeme verstanden, bei denen durch rein bauliche Maßnahmen natürliche Energiequellen genutzt werden und der thermische Energietransport ohne technische Hilfsmittel erfolgt.

Die über die Sonneneinstrahlung gewonnene Energie wird über thermische Speicherung, natürliche Wärmeleitung in Baustoffen, Konvektion und Abstrahlung für Heizzwecke genutzt. Die passiven Systeme sind also nicht mit dem relativ hohen technischen Aufwand wie bei den aktiven Systemen verbunden.

Bei den Systemen zur passiven Nutzung der Sonnenenergie dienen temporär einsetzbare, einfache mechanische Vorrichtungen wie Wärmedämmläden, Lüftungsklappen, Sonnenschutzelemente u.ä. zur Regulierung der Wärmeströme und zur Verringerung der Wärmeverluste ebenso wie zur Vermeidung möglicher Überhitzung.

Ziel der passiven Solararchitektur ist es, das ganze Haus als Sonnenkollektor auszubilden und es den während der Tages- und Jahreszeiten wechselnden klimatischen Bedingungen anzupassen. Die konsequente Ausnutzung von Sonne und Tageslicht führt zu Lösungen mit hohem Wohn- und Aufenthaltswert.

Die passiven Systeme sind naturgemäß relativ sensibel gegenüber klimatischen Veränderungen, und die Gebäude weisen verhältnismäßig hohe Temperaturunterschiede auf. Die passiven Systeme stellen als solche keine direkte Alternative zur vollautomatisch geregelten Raumheizungsanlage dar, sondern wirken optimal nur im Zusammenspiel mit dem Benutzerverhalten.

Je passiver das System, desto aktiver der Benutzter!

Sonnengeometrie

Bei der Planung geht es darum, die Beschattung des Gebäudes möglichst gering zu halten und gleichzeitig seine Überhitzung zu vermeiden. Der Gebäudestandort und evtl. sogar die Lage einzelner Fenster oder anderer beschienener Flächen kann mit verschiedenen Hilfsmitteln bezüglich Beschattung bewertet werden. Durch geschickte Anordnung des Baukörpers wird man nach bewährtem Kaufmannsprinzip, (Solar-)Gewinne erzielen und gleichzeitig (Energie-)Verluste minimieren.

Je nach lokalen meteorologischen Daten wird sich eine Standortuntersuchung im endgültigen Projekt niederschlagen. Beispielsweise wird das Wissen um häufige Morgennebel und eine Beschattung durch Nachbargebäude um die Mittagszeit bewirken, dass Südwesten zur energetischen Hauptorientierung wird, weil die verbleibenden Sonnenstunden sich am Nachmittag häufen.

Erst dem aufmerksamen Bewohner wird auffallen, dass die Vordachlänge und -form sowie Fenstergröße, -anordnung und -orientierung in einer Weise auf den Raum und insbesondere auf die speichernden Bauteile abgestimmt sind, dass die Sommersonne kaum direkt in den Raum scheint, die Wintersonne aber möglichst den ganzen Tag ungehindert eintreten kann. Dazu genügt es nicht, sich nach dem Sonnenstand der Mittagssonne im Dezember zu richten, sondern es müssen Hilfsmittel eingesetzt werden, mit denen die ganze Sonnengeometrie berücksichtigt werden kann.

Leitfaden für die Planung

Im Detail müssen daher die einzelnen Bauteile wie Wände, Fenster und Dächer, ihre Flächenanteile, Ausrichtung und Maße aufeinander abgestimmt und mit dem gesamten Gebäude in Einklang gebracht werden.

Die Energiegewinnung kann über direkt beschienene Wand-, Decken- oder Fußbodenflächen erfolgen, und man macht den Treibhauseffekt für die Raumheizung nutzbar. Die durch die Verglasung dringende Sonneneinstrahlung wird von den dahinterliegenden Bauteilen absorbiert, in Wärme umgewandelt und gespeichert.

Die tagsüber eingestrahlte Sonnenwärme wird z.B. von massiven Wänden aufgenommen und gespeichert, so dass die Raumlufttemperatur relativ kühl bleibt. Nachts wird die gespeicherte Wärme an die kühlere Raumluft abgegeben. Extreme Temperaturschwankungen werden dadurch verringert.

Um die winterlichen bzw. nächtlichen Wärmeverluste durch Glasflächen zu vermeiden, sind variable Wärmedämmelemente wie Schiebedächer, Klappläden o. ä. vorzusehen. Im Sommer verursachen Glasflächen in der Regel Überhitzung und verlangen daher ein intensives Auseinandersetzen mit notwendigen Sonnenschutzmaßnahmen.

Ausblick

Die Anwendung von passiven Systemen zur Nutzung der Sonnenenergie wird sich weiter verbreiten und ohne Zweifel einen erheblichen Beitrag zur Deckung des Heizenergiebedarfs leisten können.

Sonne und Holz

Solarstrom

Hier ist an erster Stelle die Photovoltaik (PV) zu nennen, als »Königin der Stromerzeugung« handelt es sich hier um eine besonders elegante Technik: lautlos, geruchsfrei und ohne Emissionen wird aus dem Sonnenlicht ohne Brennstoffzufuhr oder bewegte Teile elektrische Energie gewonnen.

Die PV-Anlage besteht aus den Modulen und dem Wechselrichter mit den entsprechenden Verkabelungen und dem Einspeise- Zähler. Beim Neubau ist eine Indach-Montage zu prüfen, da die Anlage dann gleichzeitig die Funktion der Dachabdichtung übernimmt. Grundsätzlich ist darauf hinzuweisen, dass auch eine Abweichung von 60° nach Ost oder West aus der Südrichtung bei Dachneigungen von 10 - 60° immer noch ca. 90% der Energieausbeute bringt!

Es gibt bei Modulen und Wechselrichtern ein breites Angebot, inzwischen aber auch eine große Zahl versierter Planer und Fachfirmen in Stadt und Landkreis zur Beratung.

Aufgrund der seit 2004 deutlich erhöhten Einspeisevergütung ergeben sich Amortisationszeiten von unter 10 Jahren; die energetische Amortisation liegt bei ca. 3 - 5 Jahren.

Solare Wärmeerzeugung

Die schon länger angewandte Form der aktiven Sonnenenergienutzung ist der Warmwasser-Kollektor; diese Technologie ist in der Anschaffung deutlich preiswerter und zur Unterstützung der Warmwasserbereitung im Neubau ein absolutes Muss, weil damit im Sommer und bis in die Übergangszeiten auf einen Heizungsbetrieb gänzlich verzichtet werden kann.

Die Anlage besteht aus den Komponenten Kollektor und Speicher mit Ausdehnungsgefäß sowie allen nötigen Leitungen, Pumpen und der Steuerung und Regelung. Die Anlage kann auch zur Heizungsunterstützung herangezogen werden. Zu kostensparender Indach-Montage, Lage zur Sonne und Amortisation ist ähnliches zu sagen wie bei PV-Anlagen.

Sind die beiden oben genannten Anlagen nicht ausreichend, so ist eine Heizungsanlage erforderlich; über die bekannten Heizungen mit fossilen Energieträgern Heizöl und Gas hinaus gewinnen Anlagen mit regenerativen Energieträgern zunehmend Marktanteile. Zu nennen sind hier Pellets- und Stückholzheizungen für kleine und Hackschnitzel und Pellets für mittlere und große Anlagen. Die höheren Herstellungskosten werden kompensiert durch günstigere Brennstoffpreise und größere Versorgungssicherheit.

Kraft-Wärme-Kopplung

Eine weitere Alternative speziell für Mehrfamilienhäuser ist der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Ein oder mehrere 1- Zylinder-Motoren mit Pflanzenöl, aber auch mit Heizöl oder Gas betrieben erzeugen über einen Generator Strom (Ausbeute ca. 30%), der gegen Einspeisevergütung ins Netz gespeist wird; die Abwärme (Ausbeute ca. 60%) wird zum Heizen und fürs Brauchwasser verwendet. Eine Technologie, die hilft, die Stromerzeugung zu dezentralisieren und die unsinnigen Abwärme-Verluste von zentralen Großkraftwerken nutzbar zu machen. Bei Laufzeiten von ca. 4 - 5.000 Stunden pro Jahr ist mit einer Lebenszeit von 15 - 20 Jahren pro Motor zu rechnen. Anlagen mit »regenerativem« Brennstoff wie Rapsöl laufen wegen der erhöhten Vergütungssätze meist wirtschaftlicher.

Wärmepumpe

Da bei dieser Technologie der Wirkungsgrad ganz entscheidend von der Differenz der Temperatur der Wärmequelle (das Medium dem die Wärme entzogen wird) und der gewünschten Heizungsvorlauftemperatur abhängig ist, ist trotz deutlich verbesserter Technologie der Wärmepumpen eine hohe Wärmequellen-Temperatur entscheidend.

Interessant wird die WP-Technologie bei Passivhäusern, da hier Kompaktgeräte auf dem Markt sind, die durch geringen Platzbedarf (ca. 2 m²) und geringen Installations- und Wartungsaufwand bestechen; dabei übernehmen diese Geräte die Funktionen Heizen, Lüften und Brauchwassererwärmung mit einer Kleinstwärmepumpe von 800 W.

Der Umgang mit elektrischen Strom im Zusammenhang mit dem Einsatz einer Wärmepumpe muss jedoch kritisch hinterfragt werden: Den Strom unbedacht einfach aus dem Kraftwerkspark zu entnehmen widerspricht weitgehend der Zielsetzung einer nachhaltigen Gewinnung und Versorgung aus allen Arten der erneuerbaren Energien wie Wasser-, Wind-, Sonnenkraft, Biomasse und Geothermie.

Effizienz

Die Effizienz d.h. die Wirksamkeit oder Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur Energieeinsparung lässt sich nie absolut beurteilen.

Ein Beispiel: Einen Neubau mit mittelmäßig gedämmter Hülle zu errichten, um Geld für eine große Warmwasser-Kollektor-Anlage zur Heizungs-Unterstützung übrig zu haben, d.h. um damit die größeren Verluste der schlecht gedämmten Hülle auszugleichen, ist ineffizient.

Nur eine ganzheitliche Betrachtung aller Aspekte führt zu einem effizienten Ergebnis . Dafür gibt es versierte Planer in der Region, die bereits beim Vorentwurf ihr Wissen über Kosten und Nutzen von Komponenten einfließen lassen.

Unbedingt bedacht werden sollte die Energieeffizienz von Geräten bei der Neuanschaffung von der Heizungspumpe bis zum Kühlschrank oder der Waschmaschine.

Auch die Standby-Geräte sollten betrachtet werden, da derzeit in Deutschland ein Kernkraftwerk mit 1000 MW Leistung nur für diesen meist unnötigen Dauerverbrauch betrieben werden muss.