Bauen im Passivhaus- standard über die Hülle effizient realisierbar

Bauen im Passivhausstandard-
über die Hülle effizient realisierbar
In der solarCity bei Linz wachsen interessante
Energiespargebäude derzeit wie die sprichwörtlichen Pilze
aus dem Boden. Darunter befinden sich zwei Passivhäuser mit
einer Solarfassade zur Wärmedämmung. Eines der beiden
Wohnhäuser unterschreitet die Anforderungen an den
Passivhaus-Standard gar um 50%. Der Bericht soll aufzeigen,
dass die Umsetzung mit sehr einfachen Mitteln erfolgen kann
Die Stadt Linz verzeichnete Anfang der 90iger Jahre etwa 12.000
Wohnungssuchende. Da die Niedrigenergiebauweise zu dieser
Zeit im sozialen Wohnbau etabliert werden sollte, entschlossen
sich die Verantwortlichen die Aufgaben konsequent in Form eines
neuen Stadtteiles im Süden von Linz umzusetzen. Die Idee für den
Bau einer „solarCity“ war geboren. Derzeit entstehen mehr als
1.300 Wohnungen von 12 beteiligten Wohnbaugenossenschaften
im Baugebiet der solarCity.
Das Passivhaus 1 der GIWOG soll hier näher vorgestellt werden.
Es handelt sich dabei um einen Baukörper in Mischbauweise. Eine
Besonderheit stellt die solare Hülle dar. Dabei wird hinter Glas eine
eingefärbte Solarwabe aus Zellulose eingesetzt.
Projektbericht Seite 1
Baugebiet der GIWOG
in der solarCity
Passivhaus 1
kurz vor der Fertigstellung
im Oktober 2004

Das 0,7 Liter Haus
Herausragend ist der jährliche Heizwärmebedarf von Haus 1. Mit
einem Wert von 7,3 kWh/m²a (Berechnung mit dem Passivhaus
Projektierungspaket) werden die Anforderungen an Passivhäuser
um 50 % unterschritten - neuer Bestwert in Österreich! Im
Vergleich zum Neubaustandard der 90iger Jahre, der pro Jahr
umgelegt etwa 10 Liter Heizöl/m² zur Deckung der Raumwärme
benötigte, beträgt der Bedarf von Haus 1 lediglich 0,7 Liter Heizöl.
Dieser Quantensprung wird durch die optimierten Dämmwerte der
Bauteile in Kombination mit einer entsprechend abgestimmten
Haustechnik (Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung) möglich.
Die Solare Hülle schafft eine Ausgangsbasis, die einfache
Haustechnikkonzepte ermöglicht.
Charakteristik Passivhaus 1
Außenwand Süd/Nord • Glas ESG Float 6 mm
(von außen nach innen) • Luftebene 30 mm
• Solarwabe aus Karton 50 mm
• Paneelrückwand 4 mm
• Ausgleichsdämmung 40 mm
• Gipsfaserplatte 15 mm
• Holzrahmenkonstruktion mit
Zellulosedämmung 180 mm
• OSB-Platte 18 mm
• Installationsebene gedämmt 80 mm
• GK-Platte 12,5 mm
Außenwand Ost/West • Glas ESG Float 6 mm
Solarwand vor Ziegel • Luftebene 30 mm
(von außen nach innen) • Solarwabe aus Karton 50 mm
• Paneelrückwand 4 mm
• Ausgleichsdämmung 40 mm
• Weichfaserplatte 15 mm
• Holzrahmenkonstruktion mit
Zellulosedämmung 140 mm
• OSB-Platte 18 mm
• Hochlochziegel 300 mm
• Innenputz
Fenster Passivhausfenster Holz/Alu
Oberste Decke Eckwohnungen 40 cm Dämmung
Mittelwohnungen 28 cm Dämmung
Kellerdecke 30 cm Dämmung auf Kellerdecke
Energiekennzahl nach 7,3 kWh/m²a
PHPP
Wohnungsanzahl 24
Geschosse 4
Wohnungsgrößen durchschnittlich 78 m²
Baubeginn 3/2003
Fertigstellung 9/2004
Anzumerken ist, dass für die Bauten in der solarCity
Anschlusszwang an das Fernwärmenetz bestand. Daher wird für
die beiden Passivhäuser die Warmwasserbereitung und der
Restwärmebedarf mittels Fernwärme abgedeckt.
Im folgenden Bericht wird auf die Solare Hülle und das
Lüftungskonzept näher eingegangen.
Projektbericht Seite 2

Schaffen wir ein Mikroklima
In unseren Breiten werden die Gebäude im Winter beheizt, um den
Temperaturunterschied zwischen Wohnraum und Außenklima von
durchschnittlich etwa 20°K auszugleichen. Wenn es möglich wäre,
diesen Temperaturunterschied aufzuheben, könnte auf eine
Heizung verzichtet werden.
Diese Voraussetzung kann nur geschaffen werden, wenn man das
Gebäude entweder in eine wärmere Klimaregion stellt, oder sich
die Nutzer mit Raumtemperaturen begnügen, die sich ohne
Heizung einstellen (siehe Rumänien unter Ceausescu bis 1989).
Oder man kreiert Systeme, die den Klimaausgleich innerhalb der
Hülle schaffen. Zum Beispiel durch Nutzung der Sonnenenergie.
An den Häusern 1 und 5 wurde an allen 4 Seiten die gapsolarfassade
eingesetzt. Das System erreicht Wärmedämmwerte,
die auf konventionellen Wegen nicht erreichbar sind. Zudem
kommen sämtliche Vorteile einer Glasfassade zum Tragen. Im
Folgenden wird das System kurz vorgestellt.
Dämmen mit Licht
Dämmen mit Licht ist eine kurze,
aber treffende Beschreibung der
gap-solarfassade. Dieses
Fassadensystem besteht aus
einer speziellen Zellulosewabe,
die in Form eines verglasten
Fassadenpaneels an die
Außenwand montiert wird. Eine
hinterlüftete Verglasung schützt
die Waben vor der Witterung und
mechanischen Beschädigungen.
Die tiefstehende Wintersonne dringt
in die Solarwabe ein und erwärmt
diese. An der Außenseite der Wand
bildet sich eine warme Zone. Der
Temperaturunterschied zwischen
Wohnraum und Außenklima wird
praktisch ausgeglichen. Wo keine
Wärme verloren geht, muss auch
keine Wärme erzeugt werden. Das
Gebäude wird sozusagen in eine
warme Klimazone versetzt.
Im Sommer verschattet sich die
Struktur der Solarwaben durch den
hohen Sonnenstand selbst. Auf teure
und wartungsintensive
Abschattungssysteme kann verzichtet
werden.
01 Einscheiben Sicherheitsglas, ab 6 mm
02 Hinterlüftung 30 mm
03 Solarwabe 50 mm
04 Paneelrückwand 4 mm
05 Ausgleichsdämmung 40 mm
Projektbericht Seite 3
Solarwabe mit Farblackierung
Funktionsschema der
gap-solarfassade
gap-solar fassadenpaneel

Harmonische Wärmeströme in den Solarwänden
An drei sonnigen Wintertagen mit einer Außentemperatur von unter
-10°C soll die Wirkungsweise der Solarfassade dargestellt werden
(Diagramm 1). Die Globalstrahlung (schwarze Kurve) erreicht um
12 Uhr Mittags ihren Höhepunkt. In dieser Zeit treten auch die
maximalen direkten Solargewinne über die Fenster auf. Hinter der
Solarwabe bewegt sich der Wärmestrom jedoch zeitverzögert und
gedämpft (rote Kurve). Hier tritt das Maximum erst um etwa 21 Uhr
auf. Die Wand kühlt sehr langsam aus. Erst in den Morgenstunden
des nächsten Tages wird der Wärmestrom leicht negativ
(Wärmeverlust). Sobald Tageslicht vorhanden ist, wird die Fassade
wieder aufgeladen. Der Wärmestrom bewegt sich in einer sehr
schmalen, ausgeglichenen Bandbreite.
Außentemperatur [°C] Wärmestrom [W/m²]
Die Wirkung der Solarfassade ist abhängig von der Menge des
Sonnenlichtes. Süd-, Ost-, und Westseiten eignen sich besonders
gut. Hier sind energetisch nahezu verlustfreie Wände möglich, mit
mittleren U-Werten im Bereich von 0,02–0,08 W/m²K (siehe auch
Diagramm 2).
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
-0,05
40
30
20
10
0
-10
-20
Nord
Wärmestrom und Strahlungswerte
an drei sonnigen Wintertagen
Klimadaten Klagenfurt
Nordwest
West
Südwest
Süd
Südost
Holzrahmen, 260 mm Dämmung + Fassadenpaneel
Außentemperatur
Globalstrahlung
Diffusstrahlung
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71
Ost
Nordost
Mittlere effektive U-Werte
über die Heizperiode [W/m²]
Klimadaten Klagenfurt
In Nebelperioden stellt sich in der Solarfassade eine geringe
Temperaturerhöhung gegenüber der Außentemperatur ein. Bei
Nebel liegt jedoch die Außentemperatur meist nicht wesentlich
unter 0°C. In den effektiven U-Werte in Diagramm 2 sind natürlich
Nebelperioden und Nachtstunden berücksichtigt.
Projektbericht Seite 4
Nord
400
300
200
100
-100
-200
Holzrahmen, 260 mm Dämmung +
gap-solar fassadenpaneel
statisch ohne Strahlung (Dunkel-U-
Wert)
0
Strahlung [W/m²]
Diagramm 1:
Wärmestrom an einer
Südostfassade
Diagramm 2:
Effektive U-Werte an einer
passivhaustauglichen Wand

Die effektiven U-Werte wurden an mehreren ausgeführten
Projekten in Österreich, Deutschland und der Schweiz gemessen.
Am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) in
Stuttgart konnten die ausgezeichneten Ergebnisse mittels
PASSYS-Messungen bestätigt werden.
Steigerung der Behaglichkeit
In einem durchschnittlichen Gebäude beträgt die
Oberflächentemperatur an der Wandinnenseite im Winter meist
etwa 16°C. Eine Wand mit der Solarfassade dagegen kühlt fast
nicht mehr aus. Daher stellt sich eine Oberflächentemperatur ein,
die annähernd der Raumlufttemperatur entspricht. Dies bedeutet
einen erhöhten Komfort bei gleichzeitig niedrigeren Betriebskosten.
Lüftungskonzept:
In Passivhäusern ist die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
fixer Bestandteil des Konzepts. Eine Voraussetzung für das
Lüftungskonzept ist die Luftdichtheit der Gebäudehülle. Die
Anschlüsse der Wandelemente wurden so ausgeführt, dass sich
die Dichtheit ohne großen Aufwand einstellte. Die limitierenden
Faktoren stellen in der Regel die Elektro- und Sanitärinstallationen
dar. Die beiden Wohnhäuser wurden mittels Bower-Door Messung
überprüft. Die erzielte Luftwechselrate von n50 0,39 h -1 bei 50 Pa
Differenzdruck bestätigt die Planung und sorgfältige Ausführung.
In den vorliegenden
Gebäuden kamen
dezentrale Lüftungsgeräte
zum Einsatz. Damit lässt
sich das gewünschten
Klima sehr gezielt für den
entsprechenden Raum
herstellen. Die
platzsparenden
Einzelgeräte sind so
kompakt, dass sie in den
Wandaufbau integriert
werden konnten. Lediglich
die Bedienfront mit Zuluft- und Abluftöffnung ist im Raum sichtbar.
Die Leitungsführung für Frisch- und der Fortluft liegen ebenfalls
verborgen in der Außenwand. Die Außenöffnungen wurden in die
Fensterlaibungen integriert. Speziell im Sanierungsbereich, wo
Abgehängte Decken für die Leitungsführung mangels Raumhöhe
meist nicht realisierbar sind, kann mit dieser Lösung Abhilfe
geschaffen werden.
Die Wärmerückgewinnung ist so effizient, dass sich jede Person
die benötigte Frischluft durch die Körperwärme selbst aufheizt.
Rechenbeispiel:
Lüftung mit Wärmerückgewinnung mit ca. 70% Wirkungsgrad
Frischluftbedarf: 30 m³/h
Außentemperatur: -10°C
Raumlufttemperatur: +20°C
Damit ergibt sich ein Wärmebedarf für die Vorwärmung von (=30
m³/h * 0,33 Wh/K/m³ * 30 K * (1-0,7)) = 90 Watt.
Diese Leistung entspricht der Wärmeabgabe einer erwachsenen
Person bei sitzender Tätigkeit (fühlbare Wärme, ohne
Feuchteabgabe).
Das bedeutet, dass eine Person ihren eigenen Wärmebedarf im
Passivhaus decken kann.
Projektbericht Seite 5
dezentrales Lüftungsgerät mit
Wärmerückgewinnung, in den
Wandaufbau integriert

Drei Vergleiche, die Bewusstheit schaffen
Der niedrige Energiebedarf von Haus 1 soll mittels griffigen
Vergleichen veranschaulicht werden.
Vergleich Gasflasche:
Der Energieinhalt einer 33 kg-Gasflasche reicht aus, um den
jährlichen Heizenergiebedarf für 58 m² Wohnfläche zu decken (bei
100 % Gesamtanlagenwirkungsgrad).
33 kg * 12,87 kWh/kg = 425 kWh Energieinhalt
425 kWh / 7,3 kWh/m²a = 58 m² Flächenäquivalent
Vergleich Einfamilienhaus:
Der jährliche Heizenergiebedarf von Haus 1 entspricht in etwa dem
eines typischen Einfamilienhauses.
Haus 1: 24 Wohnungen * 78 m² * 7,3 kWh/m²a = 13.665 kWh/a
Einfamilienhaus: 150 m² * 90 kWh/m²a = 13.500 kWh/a
Vergleich PKW:
Ein durchschnittlicher PKW mit einer jährlichen km-Leistung von
15.000 km verbrennt etwa gleich viel fossile Energie wie das
gesamte Haus 1 mit seinen 24 Wohneinheiten in einem Jahr für
Raumwärme benötigt. Dies verdeutlicht einerseits den hohen
Standard von Haus 1. Andererseits zeigt der Vergleich aber auf,
wie wichtig begleitende Maßnahmen zur Reduzierung des
Individualverkehrs sind.
Projektbericht Seite 6
Propangasflasche vor der
teilweise offenen Hülle
von Haus 1

Solare Hülle im sozialen Wohnbau
Ökologische, ökonomische und energetische Gründe legen
Systeme für Gebäudehüllen nahe, die Solarenergie nutzen. Dabei
zeigt der Markt, dass sich nur einfache, „LOW-TECH-Systeme“ in
der Breite durchsetzen. Da sich ein Gebäude meist über die Hülle
definiert, werden hohe Anforderungen an die architektonischen
Möglichkeiten gestellt. Energiesparen muss schön sein.
An eine Gebäudehülle
werden viele Anforderungen
gestellt. Die „Intelligenz“
einer Fassade zeichnet sich
nicht in erster Linie durch
besonders komplexe
Technik aus, sondern durch
größtmögliche Nutzung von
natürlichen Energiequellen
mit einem Minimum an
technischem Aufwand.
Das System muss so
aufgebaut sein, dass die
einzelnen Bestandteile
auswechselbar und wieder
verwertbar sind. Der Gehalt
an „Grauer Energie“
(Herstellungsenergie) muss
möglichst gering sein.
Industrielle Vorfertigung von Hüllen
Was in der Autoindustrie seit Jahrzehnten Standard ist, muss auch
im Baubereich Eingang finden. Die Effizienz einer Gebäudehülle
wird künftig auch an der raschen Verfügbarkeit und Integration ins
Gebäude gemessen werden. Die Leichtbauweise birgt hier ein
Potential, das bisher nur die Fertighausindustrie zum Teil erkannt
hat. Das Baustellenfoto zeigt die Montage einer vorgefertigten
Wand mit den Abmessungen von 10 x 3 Metern. Die dezentralen
Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung sind in der Wand
bereits integriert, ebenso die Fenster mit den Rollos.
Der Bauherr erhält die komplette Hülle aus einer Hand. Ein
bequemer und schneller Ablauf ist die Folge. Zudem steigt die
Qualität. Der Krieg der Gewerke ist beendet!
Projektbericht Seite 7
Animation von Haus 1
Südostansicht in der Realität
vorgefertigte Solarwand mit
integrierten Fenstern und
integrierter Lüftungsanlage

Aspekte zur Vorfertigung von Solarwänden
komplette Hülle aus einer Hand geliefert - Abwicklung und
Haftungsfrage einfach für den Bauherrn
Qualitätsvorteil durch Werksfertigung - wenig Baustellenarbeit
kurze Austrocknungszeiten durch Trockenbauweise der Hülle
schneller Baufortschritt - leicht koordinierbar
statische Vorteile durch leichte Konstruktionen (bei Sanierungen
und Aufstockungen)
optimale Wärmedämmung innerhalb der statischen Ebene
bauphysikalisch optimiert (dampfdiffusionsoffen,
wärmebrückenfrei)
Behaglichkeit durch warme Wandtemperaturen
Schallschutzverbesserung durch Wabenstruktur
dauerhafter Witterungsschutz durch Glasfassade –
wartungsfreundliche Oberfläche
bauökologisch optimal im Gesamtzyklus durch trennbare
Komponenten
Flächengewinn durch schlanke Wände möglich (speziell bei
Passivhäusern)
Positionierung einer Botschaft oder von Corporate Design durch
die Fassade
Die Bauaufgabe unserer Generation
Viele Lösungsansätze wurden von Herstellerfirmen zur Marktreife
gebracht und warten darauf, in Zusammenarbeit mit engagierten
Architekten und Bauträgern umgesetzt zu werden. Die Bauaufgabe
unserer Generation liegt in der Entwicklung und Standardisierung
von nachhaltigen Systemen, mit denen der Gebäudebestand auf
das Niveau gebracht werden kann, das der Nutzer und die Umwelt
verdienen. Die Solarwände sind daher auch für Sanierungen
geeignet.
Die Maßnahmen zur Umsetzung dieser Ziele sind bereits in der EU
Gebäude-Richtlinie vorgegeben. Ab 2006 werden diese Vorgaben
nationales Recht und damit gesetzlich verpflichtend. Die
Solarwände erfüllen bereits jetzt diese Standards.
Aktueller Stand der
Passivhäuser in der
solarCity
Haus 1 und Haus 5
wurden im Oktober
bzw. November 2004
an die Mieter
übergeben. Die Mieter
erhielten eine
Einweisung und ein
Benutzerhandbuch für
die Lüftungsgeräte. Der Bauträger kann den täglichen
Energieverbrauch der Wohnungen mitverfolgen.
Es werden Exkursionen und Seminare für Architekten und
Bauträger zu den beiden Passivhäusern in der solarCity
angeboten. Die Termine werden unter www.gap-solar.at laufend
bekannt gegeben.
Bautafel:
Bauträger GIWOG Gemeinnützige Industrie-Wohnungs-AG, Linz
Architekt Architekturbüro Helga Lassy, Linz
Gebäudehülle gap-solar GmbH, Perg
Energieplanung Energie Institut, Linz
Projektbericht Seite 8
Südansicht Passivhaus 1
nach Wohnungsübergabe