Architektur im Dienst der Natur – Nachhaltiges Bauen und seine Komponenten

Grünes Umdenken – Von der Schonung natürlicher Ressourcen

Passivhäuser in Deutschland und ihre Standards

Im Nachgang zur ersten Ölkrise im Jahr 1973, nahm sich die Firma Philips nur ein Jahr später der Thematik rund um Solarkollektoren, Wärmepumpen und Wärmerückgewinnungs-Anlagen an und setzte im Forschungsfeld „rationelle Energieverwendung und Nutzung der Sonnenenergie in Gebäuden“ mit seiner konkreten Umsetzung im sogenannten „Philips-Experimentierhaus Projekt“ erste Maßstäbe.

Die Idee dabei ist im Grunde simpel: Ein energieunabhängiges Haus soll mittels ausgeklügelter Technik und Hochdämmung so ausgestattet sein, dass ein Heizungssystem nicht notwendig ist. Dafür sind auch spezielle Fenster und eine hochentwickelte Lüftungstechnik notwendig. Die technische Umsetzung war zwar bereits in den 80er Jahren geglückt, jedoch erwiesen sich in der Praxis solche Häuser wirtschaftlich hinsichtlich einer Massenproduktion als zu teuer.

Daher wurde als Kompromiss zwischen Energie-Ideal und wirtschaftlicher Realität auf einen schwedischen Standard für Niedrigenergiehäuser (NEH) aus den frühen achtziger Jahren zurückgegriffen, der sich als kostenschonender und praktikabler hinsichtlich einfacher, rascher Umsetzbarkeit erwies. Zu seinen Anforderungskriterien zählt ein Jahresheizwärmebedarf unter 70 kWh pro Quadratmeter, der zwischen den extremen Werten von Nullenergie-, Passivhäusern und Häusern nach der novellierten Wärmeschutzverordnung von 1995 liegt.

Die Einhaltung der für die Klassifizierung als Passivhaus notwendigen Ziele, werden in der Regel durch folgende Maßnahmen durchgesetzt:

• effizienten Wärmeschutz
• Wärmebrücken-Vermeidung
• Luftdichtheit
• 3-Scheiben-Wärmeschutz-Verglasungen im gedämmten Fensterrahmen
• kontrollierte Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung

Nachhaltiges Bauen vs. Ökologisches Bauen

Bemühungen, Baustandards zu entwickeln, welche die vorhandenen Umweltressourcen schonen, in dem sie nur, wenn überhaupt notwendig, in höchstmöglicher Effizienz angetastet werden, bildeten sich im Zuge der Energiekrise der frühen 70er Jahre heraus. Mit der Entwicklung ging ein Sich-Bewusstwerden der Bedeutung von Umwelt und der Begrenztheit ihrer Ressourcen einher. Parallel zu gestiegenen Ansprüchen an eine „grüne“ Bauweise nahm die Frage einen immer breiteren Raum im öffentlichen Diskurs ein, woran sich Bauen nach ökologischen Gesichtspunkten bemessen lässt. Die Fragen mündeten einerseits in eine Ausarbeitung verschiedener normierter Kriterienkataloge, den Baustandards. Andererseits stand die Frage im Mittelpunkt, woran sich „grünes Bauen“ bemisst, der Ruf nach Bemessungsgrundlagen wurde laut, der zur Ausarbeitung international gültiger Normierungs- oder Zertifizierungssysteme mündete. Gebäudezertifizierungen entwickelten sich zu geeigneten Instrumenten, ökologische Baumaßnahmen konkret messbar und den Begriff von Nachhaltigkeit mithilfe eines Mess- und Regelwerks unzweideutig definierbar zu machen. Mit einer Faktenbasis lässt sich Nachhaltigkeit begründen, darstellen, kommunizieren und marketingtechnisch transportieren.

Im Zuge der Entwicklung bildeten sich weltweit verschiedene Zertifizierungssysteme aus, die unterschiedliche Nutzungsprofile bzw. Systemvarianten anbieten. Neben dem DGNB-System der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen existiert noch das vom U.S. Green Building Council entwickelte LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) sowie das aus Großbritannien stammende BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method) (Quelle: ikl-gmbh).

Nachhaltigkeit hat sich in den letzten Jahren zu einem Megatrend entwickelt, nachdem bereits 2002 die Bundesregierung beschlossen hatte, eine nationale Nachhaltigkeitsstrategie einzuführen und 2013 einen aktualisierten Leitfaden für nachhaltiges Bauen vom Bundesministerium veröffentlichen ließ. Prinzipien nachhaltigen Bauen umfassen dabei alle „Lebensabschnitte“ eines Hauses, von Planung bis Entsorgung (Abriss):

• Reduktion der Versiegelung von Bauflächen
• Einsatz umweltfreundlicher Baustoffe, frei von Gift- und Kunststoffen, die bei ihrer Herstellung, Gewinnung, Transport, Verwendung und Entsorgung möglichst wenig Ressourcen verbrauchen
• Ausrichtung der Konstruktionsbauweise auf Langlebigkeit und Robustheit
• Verwendung von Baumaterialien im Innen- und Außenbereich, die der Natur entnommen wurden (Lehm, Ton, Schiefer, Kork etc.)
• Einsatz von Hölzern aus nachhaltiger Forstwirtschaft
• Effiziente Energieverwertung aus bevorzugt regenerativen, emissionsarmen Energiequellen (Sonne, Wasser, Wind, Erdwärme, Biomasse) durch Photovoltaik, Windenergie- und Biothermie-Anlagen

Die in Kopenhagen/Dänemark ansässige Ideenschmiede Sustania kommuniziert einen jährlichen Bericht, der jeweils 100 zukunftsweisende Lösungsideen in verschiedenen Kategorien rund um das Thema Nachhaltigkeit porträtiert. So wurden 2016 insgesamt ca. 4500 Projekte aus allen Kontinenten von der Jury zur Begutachtung und Prüfung vorgeschlagen. Mit ihrer internationalen Liste von 100 laufenden nachhaltigen Projekten, die auch Ideen zu Reduktion treibhausrelevanter Emissionen in den Bereichen Bauen und Sanieren enthält, leistet Sustania 100 einen von Experten geschätzten Beitrag zur Entwicklung ökologischen Gedankenguts auch in der Baubranche.

Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB)

Die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB), die auf Basis nationaler Vorgaben das deutsche DGNB Zertifizierungssystem für den nationalen und internationalen Markt entwickelt hat, ist bundesweit Ansprechpartner Nummer Eins bei Konzeption, Bau und Betriebe nicht nur wirtschaftlich, sondern auch ökologisch, gesellschaftlich wie städtebaulich zukunftsweisender Bauprojekte. Dabei soll das entwickelte Gebäude-Zertifizierungssystem Aspekte von Nachhaltigkeit transparent und Investoren bzw. künftigen Eigentümern gegenüber kommerziell nutzbar machen. Im Zuge stark gestiegener Nachfrage nach Zertifizierungssystemen in den letzten Jahren ergeben sich für die verantwortlichen Planer unterschiedliche Herausforderungen.

Von einem Wachstumsmarkt Nachhaltiges Bauen

Die Qualität nachhaltig konzipierter Gebäude bemisst sich dabei nicht nur an rein wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten, sondern bezieht auch soziokulturelle Faktoren, die verwendete Technik, Planung und Ausführung sowie Standortfaktoren in eine Bewertung mit ein. Die DGNB versteht sich als Kompetenzplattform zur Nachhaltigkeits-Thematik, in der auch gleichrangig gesellschaftliche Ziele ihre Berücksichtigung finden. Ökologisches Bauen ist demzufolge nur ein Teilaspekt eines umfassenderen Begriffs von Nachhaltigkeit in der Bauwirtschaft, der auch ökonomische und soziokulturelle Faktoren in Wechselwirkung miteinander miteinbezieht und zu einem Gesamtkonzept verschmilzt.

Demzufolge bieten neben verbesserter Nutzung verfügbarer Ressourcen auch technische Neuentwicklungen sowie der Übergang zu naturverträglichen Technologien Lösungsansätze, die ihren Widerhall in einem stark gestiegenen Interesse heutiger Architekten und Bauherrn an sustainability finden.

So lag das globale Marktvolumen für „Green Buildings“ laut Angaben von statista im Jahr 2013 bei rund 126 Milliarden Euro und soll sich Prognosen zufolge bis 2025 mehr als verdoppeln.

Wärme – Kostbares Gut und preiswertes Geschenk der Natur

Von der Energie der Erde und ihrer Nutzung – Geothermie

Der Begriff Geothermie bezeichnet die Wärmeenergie aus dem Boden, die mit zunehmender Tiefe gleichmäßig ansteigt - pro hundert Tiefenmetern um etwa drei Grad. Relativ nah an der Oberfläche liegt sie bei etwa zehn Grad. Entscheidender Vorteil von Geothermie liegt in ihrer nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit, Nachteile sind in ihrer technisch aufwendigen Nutzbarkeit zu sehen, die sich in umfangreichen Erdarbeiten und hohem Installationsaufwand im Haus niederschlägt. Darüber hinaus liegen Investitionen in eine Erdwärmeheizung an Kosten vergleichsweise um Einiges höher, die sich jedoch durch hohe Laufzeiten, geringerem Wartungsbetrieb und einem Rohstoff zum Nulltarif auf Dauer amortisieren.

Zur Energieversorgung eines Gebäudes wird die Wärme in oberflächennahen Schichten bis ungefähr 400 Tiefenmetern mittels Wärmepumpen genutzt. Temperaturen bis zu 25 °C können zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Gewinnung von Warmwasser nutzbar gemacht werden.

Dabei werden genehmigungspflichtige Rohrsysteme mittels Spezial-Bohrköpfen im Erdreich verlegt, in die ein Leitungssystem installiert wird, durch das eine Wärmeträgerflüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf fließt. Nachdem die Flüssigkeit den Erdboden durchströmt und Energie aufgenommen hat, fließt sie durch eine Wärmepumpe, das Temperaturniveau wird angehoben.

Dach-Einschalungen mit Wärmedämmmatten machen sich gerade bei Altbauten energetisch bezahlt.

fotolia.com, Kara

Wärmedämmung und Wärmedämmsysteme

Dämmputze und Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS) halten die Wärmeenergie in einer so geschützten Gebäudehülle zurück, Hauptaugenmerk in Zeiten von CO² Reduzierung und Einsparung von Energie und Heizkosten sind Systeme, welche den jährlichen Heizenergieverbrauch auf etwa 20–40 kWh/m² a senken können. Im Vergleich dazu verheizen vor allem nicht gedämmte Altbauten ca. 150–200 kWh/m² a.

Für den Wärmeschutz ist die DIN 4108 maßgeblich, in der beispielsweise die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz von Bauteilen in Form minimaler Wärmedurchlasswiderstände geregelt sind.

Wärmedämmsysteme bieten eine Reihe von Vorteilen:                

• Senken des Heizbedarfs
• Reduzieren der Energiekosten
• Frostfreiheit massiver Wände
• Effizienteres Arbeiten der Heizungsanlage
• Wegfall von Dämmmaßnahmen rund um Wasserleitungen
• Längerer Verbleib von Restwärme
• Schaffung gesunderen Raumklimas

Während Politik und Hersteller in einer Fassadendämmung mit speziellen Wärmedämmplatten – meist aus dem aus Erdöl hergestellten Dämmstoff Polystyrol - eine wichtige Maßnahme zum Erreichen der Klimaziele sehen, bezweifeln jedoch Hausbesitzer und Experten zunehmend ihren Nutzen. So berichtet der NDR in einem Beitrag über Wärmedämmung von Brandgefahr und ökologischen Risiken, welche viele Dämmstoffe in sich bergen. Während eine neue Heizung und die Dämmung von Kellerdecke oder Dach meist sinnvoll sei, spare die Dämmung der Fassade kaum Energie, koste viel und habe so viele Nachteile, dass ihre milliardenschwere Förderung dringend überprüft werden müsse, heißt es in dem Beitrag weiter.

Und es werde Licht – Zauberwort „Photovoltaik“

Was sich heute auf unzähligen Hausdächern in ganz Deutschland findet - die Solarzelle - wurde bereits vor 60 Jahren im Forschungslabor einer US-Telefongesellschaft erfunden: Dem Physiker Daryl Chapin gelang es mit Hilfe von Silizium, dem Grundstoff der damals noch jungen Transistorelektronik, unter Zuhilfenahme von Bor und Arsen, eine Solarbatterie herzustellen, indem er das Siliziumkristall elektrisch leitfähig machen konnte. Der Nachweis gelang ihm mit der anschließenden Beleuchtung des Kristalls. 1954 wurden erste solarbetriebene Radios und Funksender vorgestellt, mit der rasanten Weiterentwicklung der Solarzellentechnik sanken die anfänglich immensen Herstellungskosten rapide.

In Deutschland wurden mit dem Stromeinspeisungsgesetz die deutschen Energieversorger ab 1991 dazu verpflichtet, den Strom der kleinen regenerativen Kraftwerke abzunehmen. Nach Denkanstößen von Greenpeace zur Realisierung einer bundesweit umfassenden Photovoltaikproduktion führte eine rasante Entwicklung vom sogenannten 100.000-Dächer-Programm ab 1999 (2003 wurden ca. 65.000 Dächer erreicht), über eine gesamte Nennleistung der in Deutschland installierten Photovoltaikanlagen von einem Gigawatt 2005, bis hin zum Erreichen der 37-Gigawatt-Marke Mitte 2014. 2016 wird die 40-Gigawatt-Marke vermutlich überschritten werden, wie den jüngsten Zahlen der Bundesnetzagentur zu entnehmen ist.

Heute fallen in Deutschland für kleine Anlagen Kosten in Höhe von ca. 14-15 Cent und bei Großanlagen unter 10 Cent pro Kilowattstunde an. Mittlerweile gehen Expertenprognosen von einer Spitzenposition der Photovoltaik unter den traditionellen und Erneuerbaren Energien für die nächsten Jahre aus - gemessen am Zubau nach installierter Kapazität. Demnach soll bereits im Jahr 2040 die Hälfte des Zubaus an Erzeugungskapazitäten auf Solarenergie entfallen.

Laut einer aktuellen Marktstudie des Asset Management-Unternehmens KGAL (Grünwald) wird Photovoltaik auf Grund immer niedrigerer Solarstrom-Gestehungskosten von mittlerweile weniger als 5ct/kWh sowohl bei regenerativen als auch konventionellen Energien die Spitzenposition im Preisgefüge übernehmen. Das führe zeitnah zu gesteigerter Marktfähigkeit in den sonnenreichen Ländern selbst und mache Subventionen in absehbarer Zeit überflüssig.

Laut einer im Oktober 2014 erstellten Metaanalyse der AEE (Agentur für Erneuerbare Energien), die aktuelle und bis 2050 prognostizierte Stromgestehungskosten fossiler und regenerativer Kraftwerke gegenüberstellte, fällt das Votum eindeutig für Erneuerbare Energien aus. Die Auswertung von 20 wissenschaftlichen Studien kommt u.a. zu dem Ergebnis, dass

• Stromgestehungskosten neuer Windenergie- und Photovoltaikanlagen sogar niedriger ausfallen als die neuer, fossiler Kraftwerke
• Kosten der Photovoltaik im Jahr 2013 bei 7,9 bis 16,6 Cent pro Kilowattstunde (ct/kWh) und damit an günstigen Standorten gleichauf mit Erdgas (7,6 bis 10,0 ct/kWh) liegen
• Photovoltaikanlagen, die im Jahr 2015 ans Netz gehen, mit 7,8 bis 14,7 ct/kWh je nach Standort bereits zu den gleichen Kosten produzieren könnten wie neue Steinkohlekraftwerke mit 8 bis 10,3 ct/kWh.

Aus Liebe zur Natur - Drei Projekte der „grünen Art“

Die Solarsiedlung am Schlierberg versteht sich mit ihren in Holzkonstruktion errichteten, zwei- bis dreigeschossigen Gebäuden als zukunftsweisendes Pilotprojekt für solares Bauen und Wohnen.

fotolia.com, Gyula Gyukli

Die Plusenergiesiedlung am Schlierberg in Freiburg

Ohne Anschluss an ein regionales Energienetz gilt 2006 fertiggestellte Vorzeigeprojekt in Baden-Württemberg als erste Siedlung ihrer Art, die nicht nur energiesparend gebaut und mit regenerativer Energie gespeist wird, sondern deren Gebäude auch ein Plus an Energie erzeugen, die gewinnbringend in das örtliche Stromnetz eingespeist werden kann. Die „Plusenergiesiedlung“ ist in ihrer konsequenten Südausrichtung der 50 Reihenhäuser, angeordnet in fünf Zehner-Reihen charakteristisch. Die Häuser sind so hinsichtlich der Abstände zueinander und in ihrer jeweiligen Höhe so ausgelegt, dass keine Dachfläche beschattet werden kann, und die häuserübergreifenden Solardachflächen optimale Ausnutzung erfahren. Darüber hinaus kann das wärmespendende Sonnenlicht zu jeder Tageszeit die jeweiligen Wohn- und Aufenthaltsräume aufheizen. Die Gebäude sind enob.info gemäß nach Passivhauskonzept gestaltet, einschließlich mechanischer Lüftung mit Wärmerückgewinnung sowie einer konsequenten Tageslichtoptimierung. Mit Anschluss an das Nahwärmenetz, das über ein Blockheizkraftwerk mit Wärme versorgt wird, wird die Solaranlage, die insgesamt rund 400 Kilowatt Strom produziert, zusätzlich entlastet.

Das REWE Green Building

Ein zweites bundesweites Ausrufezeichen im Hinblick auf den Themenkomplex Nachhaltiges Bauen hat der im November 2009 in Berlin-Rudow eröffnete REWE Markt mit einer Fläche von 1.830 Quadratmetern gesetzt, das deutschlandweit als erstes Green Building gilt. Mit dem Gold-Prädikat von der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) als erster Supermarkt prämiert, wurde das Gebäude im Februar 2010 vom Deutschen Handelsverband (HDE) mit dem ersten Platz in der Kategorie "Food" ausgezeichnet. Laut Angaben der REWE Group zeichnet sich das Projekt-Gebäude durch den Einsatz modernster Heizungs-, Lüftungs-, Beleuchtungs-, Klima- und Kälteanlagen in Kombination mit intensivster Dämmung aus, der sich in einem Minderverbrauch im Gegensatz zu herkömmlicher Bauweise von nahezu 50 Prozent niederschlägt.

Zu den wesentlichsten Kennzeichen gehören:

• Effizientere Kühlung durch Einsatz energiesparender Kühlmöbel unter Verwendung natürlicher Kältemittel
• Trinkwasser-Einsparung bei der Fußbodenreinigung durch Nutzung kalkarmen natürlichen Regenwassers
• Kunstlicht-Reduktion durch Verwendung dimmbarer, sensorgesteuerter Lichtquellen
• Ein-Drittel-Deckung des Energiebedarfs durch eine hauseigene Photovoltaikanlage
• Einsatz von Geothermie und wärmedämmender Holz-Sandwich-Bauweise mit Zellulose-Füllung

Lichtsensoren ermöglichen sensorgesteuerte elektronische Abläufe und steigern somit Nachhaltigkeit und Effizienz von Gebäuden.

fotolia.com, Sentavio

Die Rhein-Energie-Zentrale in Köln

Im Frühjahr 2015 hat der Energieversorger Rhein-Energie nach mehrjähriger Bauzeit seine neue Zentrale am Parkgürtel in Ehrenfeld bezogen, welche die 1900 Mitarbeiter in einem Energiesparhaus beherbergt. Das ökologische Musterprojekt sieht ihre Arbeit an kleinen Rechnern vor, die auf den firmeneigenen allgemeinen Datenspeicher zurückgreifen. Laut Angaben des Vorstandsvorsitzenden der Rhein-Energie erzielt das Energiesparhaus einen Minderverbrauch von rund 80 Prozent des Energieaufwands seines Vorgängers. Das wird vor allem laut Angaben von Rhein-Energie durch folgende Maßnahmen erreicht:

• Ausschließlicher Einsatz von LED-Beleuchtung
• Verwendung von Aufzügen, die beim Bremsen Antriebsenergie erzeugen
• eine von Grundwasserpumpen unterstützte Klima- und Heizungstechnik
• Erzeugen von Warmwasser durch Sonnenkollektoren

Der 140 Millionen Euro teure Neubau erzeugt dank großer Geothermie-Anlage sowie einer höchst energieeffizienten baulichen Konzeption und technischen Ausstattung so viel Wärme- und Kühlenergie, wie er verbraucht.

Das „Clean Desk“-Konzept sieht zusätzlich vor, dass jeder Mitarbeiter prinzipiell an jedem Schreibtisch arbeiten kann. Bildschirm, Tastatur und Maus sind mit einem zentralen Rechenzentrum in einem ausgelagerten Gebäude verbunden.

Von Energiesparhäusern der Zukunft – Was geht (noch)?

Negative Energiebilanz – Echte Errungenschaft oder Mogelpackung?

Sich vom Kanalsystem und dem Trinkwasser aus der Leitung abzukoppeln ruft auch Kritiker auf den Plan, die eine Regenwassernutzung nicht immer als sinnvoll erachten. Zur Realisierung muss eine Regenwassernutzungsanlage installiert werden, die aus einem Wasserspeicher aus Beton oder Kunststoff, einem Rohr- und Filtersystem und einer Pumpe besteht. Dabei hängt eine ausreichende Effektivitätsauslastung und sinnvolle Nutzung von Faktoren wie Dachgröße, zu erwartender Niederschlagsmenge sowie die Anzahl der Personen im Haushalt ab. Auch bemängelt gerade die Wasserwirtschaft die sich in Zisternen sammelnde, nicht rückstandsfreie Wasserqualität. Da das aufzufangende Wasser erstmal vom Dach ablaufen muss, nehme es zwangsläufig Rückstände und Schadstoffe wie Schwermetalle, Bakterien oder Krankheitserreger von den Dachflächen auf. Damit könne eine Regenwasseranlage die ohnehin vorhandene Hausinstallation nicht ersetzen. Doppelte Anschaffungskosten wären die Folge, die sich ohne finanzielle Förderung wirtschaftlich nicht rechneten, wie es in einem kritischen Artikel über Regenwassernutzung bei ntv weiter heißt.

CO2 Neutralität ist die „Paradedisziplin“ beim Klimaschonenden Bauen und soll auch in künftigen Energieausweisen hinsichtlich CO2-Emissionen für Heizung und Warmwasser obligatorisch angegeben werden. Allerdings schafft CO2-Neutralität in der Errichtungsphase bei ihrer Verrechnung große Probleme hinsichtlich der Materialwahl, Betonwände und Stahlträger sind im Gegensatz zu Konstruktionsholz keineswegs CO2-neutral, viele Konstruktionen sind jedoch auf Treibhausgas emittierenden Armierungsstahl und Stahlbeton angewiesen, um Feuerbeständigkeit zu gewährleisten. Konstruktionshölzer müssen insbesondere bezüglich der Flammfestigkeit verbessert werden, um vollständig auf Stahlarmierung verzichten zu können.

World Green Building 2016

Unter dem internationalen Dach des World Green Building Council werden jährlich in über 100 Ländern eine Woche lang Veranstaltungen abgehalten, die sich dem Themenkomplex Nachhaltiges Bauen widmen, um öffentlichkeitswirksam auf sich aufmerksam zu machen. Diesjährig findet die World Green Building Week vom 26.09. bis 02. 10. weltweit statt, an der die DGNB praxisnah an zertifizierten Gebäuden die Thematik Bauen und Nachhaltigkeit einem breiteren, interessierten Publikum näherbringen möchte. Trends und Entwicklungen beim ökologischen Bauen stehen dabei ebenso im Fokus wie die Bewertungen von Wirtschaftlichkeit und Kostendruck bei Bauvorhaben. Nach Expertenschätzungen werden Green Buildings in den ersten fünf Jahren rund 14% der Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Bauten einsparen.