Solararchitektur in Europa (12)

Das Effizienzhaus Plus in Berlin

                                           

Seit Dezember 2011 ist in Berlin das sogenannte „Effizienzhaus Plus“ in Betrieb, ein Haus, das mehr Energie erzeugen sollte als seine Bewohner verbrauchen. Manche Politiker sehen in dem Haus ein Modell des zukünftigen Wohnens, Spezialisten halten hingegen das Konzept für verfehlt.

Die Familie, die als “Versuchskaninchen” das Haus bewohnt hat

Im Dezember 2011 wurde in Berlin ein sogenanntes „Effizienzhaus Plus“ eingeweiht, ein Haus, das mehr Energie erzeugen soll als eine mittlere deutsche Familie verbraucht.  Deshalb wurde es „Effizienzhaus Plus“ genannt.

Einweihung des “Effizienzhaus Plus“ im Dezember 2011 mit Bundeskanzlerin  Angela Merkel

Das Haus hat eine Wohnfläche von 130 m² und hat 2,5 Millionen Euro gekostet. Es verbraucht hauptsächlich elektrische Energie und deshalb sind sein Dach und ein Teil seiner Aussenwände mit Photovoltaik-Modulen bestückt. Die Heizung und die Warmwasseraufbereitung sind elektrisch, ausserdem soll der erzeugte Strom ausreichen um die Batterien eines Elektroautos und von Elektrofahrrädern aufzuladen.

Die Aussenhaut des Hauses ist mit Photovoltaik-Modulen verkleidet. 

Das Berliner “Effizienzhaus Plus” hat eine hocheffiziente Wärmedämmung und seine Fassaden sind mit Photovoltaik-Modulen verkleidet. Der erzeugte Strom dient auch zum Betrieb einer Wärmepumpe, die Wärme für die Heizung und die Warmwasseraufbereitung bereitstellt. Anstelle von Fenstern besitzt das Haus grosse Glasflächen mit einer Dreifach-Isolier-Verglasung. Das Haus betritt man über eine grosse, gedeckte Terrasse, die auch Platz und eine Ladestation für ein Elektroauto und elektrische Fahrräder bietet.

 

Die Küche 

Bei der Einweihung hat die Kanzlerin Angela Merkel das Haus „als ein Beispiel des zukünftigen Wohnens“ vorgestellt. Und auch der Minister für Wohnungsbau Peter Ramsauer ist überzeugt, dass das Modellhaus sich nach einjährigem Betrieb im täglichen Gebrauch hervorragend bewährt habe.

Das Schlafzimmer 

Das Haus in Berlin ist eines von 30 Modellen, welche die deutsche Bundesregierung finanziert hat, geniesst aber die meiste Aufmerksamkeit, weil es in der Hauptstadt steht. Mit dem Haus will die deutsche Regierung zeigen, dass die sogenannte „Energiewende“ machbar ist. Diese Energiewende besteht vor allem in der Stilllegung von Kernkraftwerken und der Schaffung von stromproduzierenden Wind- und Solaranlagen, die in Zukunft die vorherrschenden Energieerzeuger sein sollen, weil sie – so die verbreitete Meinung – dem Klima nicht schaden. Die deutsche Regierung möchte, dass alle Gebäude, die ab 2019 neu errichtet werden, den Energiestandard eines Passivhauses haben.

 Auf der Terrasse gibt es Platz und eine Ladestation für elektrische  Fahrzeuge

Ein Elektroauto hat Mercedes-Benz  zur Verfügung gestellt, ein zweites Volkswagen.

Das Berliner “Effizienzhaus Plus” mit seiner effizienten Wärmedämmung und seinen mit Photovoltaik-Modulen verkleideten Fassaden soll einen Eindruck davon geben, was sich die deutsche Regierung die Häuser der Energiewende vorstellt.

Es scheint jedoch, dass nicht alles so funktioniert, wie die Planer es sich gedacht haben.  Die Photovoltaik-Anlage erzeugt 20 Prozent weniger Strom als vorgesehen, auch weil die umgebenden Gebäude und Bäume die Anlage zu gewissen Zeiten verschatten. Deshalb deckt die Anlage nicht alle Bedürfnisse wie es vorgesehen war, vor allem reicht der Strom nicht aus, um die Batterien des Elektroautos vollständig aufzuladen. Der grösste Stromverbraucher ist im Winter die Wärmepumpe; sie verbraucht 80 Prozent des erzeugten Stroms, weil in Berlin der Himmel in dieser Jahreszeit oft bedeckt ist.

Die Batterien der Elektrofahrzeuge können auf der Terrasse aufgeladen werden.

Das Berliner Effizienzhaus Plus erzeugt im Jahr rund 17.000 kWh Strom über eine Photovoltaikanlage, davon werden 10.000 kWh für Heizen, Warmwasserbereitung und Haushaltsstrom benötigt, 6.000 kWh für Autos und Elektrofahrräder. Der dann noch überschüssige Strom geht ins Netz.

Die deutsche Regierung sieht im “Effizienzhaus Plus” ein Modell des zukünftigen Wohnens

10.000 kWh bezogen auf 130 Quadratmeter Wohnfläche ergibt 77 kWh/m²a. Also kann es sich nicht um ein Passivhaus handeln, denn ein solches hat definitionsgemäss einen spezifischen Heizwärmebedarf von < 15 kWh/m²a und einen Gesamtenergiebedarf von < 42 kWh/m²a.

Kontrollschirm

Die Photovoltaik-Anlage deckt, wie es heisst, diesen Energiebedarf nur zu einem Drittel, zwei Drittel kommen aus dem Netz. Etwa die Hälfte des im Sommer erzeugten Stroms wird in das Netz eingespeist, die andere Hälfte von den Bewohnern konsumiert.

Das Haus macht eher den Eindruck, als solle es für Photovoltaik und Elektromobilität Werbung machen, zwei Sparten, die die deutsche Regierung im Rahmen der Energiewende besondere Bedeutung beimisst. Auch die enormen Glasflächen machen wenig Sinn in einer Gegend wie Berlin, selbst wenn es sich um eine Dreifach-Isolierverglasung handelt.

Wenn Bundeskanzlerin Merkel in dem Berliner „Effizienzhaus Plus“ ein Modell des zukünftigen Wohnens sieht, irrt sie sich gewaltig. Der grösste Teil der Deutschen wohnt in vielgeschossigen Mehrfamilienhäusern zur Miete und träumt dort vom Leben im eigenen Einfamilienhaus. Das wird sich auch in Zukunft kaum ändern. Und eine Wohnung im Mehrfamilienhaus besitzt nicht so viel Aussenfläche um dort Photovoltaik-Anlagen zu installieren, die auch den Bedarf der Elektroautos der Bewohner decken.

Die Familie, die das Haus als eine Art Versuchskaninchen bewohnt, bemängelt, dass man bei schönen und warmen Wetter die Fenster nicht öffnen kann. Auch in dieser Beziehung ist das Konzept des Hauses falsch. In einem „normalen“ Passivhaus kann man sehr wohl im Sommer die Fenster öffnen. Die mechanische Lüftung ist für jene Zeiten gedacht, in denen man heizen oder kühlen muss. Die restliche Zeit darf man die Fenster öffnen.

Solararchitektur in Europa (11)

Solarsiedlung “Am Schlierberg” in Freiburg im Breisgau

Die Solarsiedlung “Am Schlierberg” liegt im südlichen Teil von Freiburg im Breisgau, ist aber vom Stadtzentrum in zehn Minuten mit dem Fahrrad zu erreichen. Innerhalb des im Grünen eingebetteten Stadtviertels ist die Siedlung auch für diejenigen, die sie zum ersten Mal besuchen, rasch erkennbar an der Farbenfreudigkeit ihrer Häuser. In dieser Siedlung ist die Vision einer ökologischen und energieeffizienten Architektur Wirklichkeit geworden.

 

Die 50 Reihenhäuser sind vom Freiburger Architekten Rolf Disch projektiert worden, der nicht nur in Deutschland für seine äusserst energieeffizienten Häuser sehr bekannt ist. Die Hauptkriterien seiner Architektur sind „Energieeffizienz“ und „Nachhaltigkeit“. Diese beiden Kriterien findet man in allen seinen Gebäuden.

Schnitt durch einPlusenergiehaus

Das Besondere an den Häusern “Am Schlierberg” ist, dass sie mehr Energie erzeugen als sie verbrauchen, weshalb ihr Erfinder sie „Plusenergiehäuser“ getauft hat.

Die Häuser haben eine extrem gute Wärmedämmung und ihr Energiestandard ist der eines Passivhauses (≤15 kWh/m²a). Das Bausystem besteht aus einem Holzskelett und hölzernen Füllelementen, in denen sich die Wärmedämmung befindet und die beidseitig holzverschalt sind. Die Fenster haben einen U-Wert von  < 1,0 W/m²K und sind somit dreimal effizienter als normale, doppelverglaste Fenster. Um Wärmebrücken zu vermeiden sind die Balkone keine auskragenden Elemente, sondern stehen selbständig vor der Südfassade.  

Die Heizung basiert prinzipiell auf zwei Quellen: die Sonne und die aus der Abluft zurückgewonnene Wärme. Die Sonnenstrahlen können im Winter bis tief in die Räume eindringen, während im Sommer das Dach und die Balkone die Fensterfronten verschatten, wodurch die Innentemperaturen immer im Komfortbereich liegen. Im Winter entzieht die mechanische Lüftungsanlage der Abluft die Wärme mittels eine Wärmetauschers, der sie an die eintretende Frischluft weitergibt. Ein Reihenhauses der Freiburger Solarsiedlung bedarf nur etwa ein Zehntel der Heizwärme, die ein konventionelles Reihenhaus erfordert.

Der wirkliche Hit der Häuser “Am Schlierberg” sind die Dächer. Die nach Süden ausgerichteten Dachflächen sind vollständig mit Solarmodulen belegt und diese erzeugen Elektrizität, die in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Dank dieser Photovoltaik-Anlagen werden die Häuser zu Kleinkraftwerken, sie ausserdem den Vorteil haben, dass sie kein CO2 ausstossen. Der erzeugte Strom wird gemäss EEG von der Elektrizitätsgesellschaft zu einem Spezialpreis abgenommen und folglich ist die Solaranlage für den Besitzer auch eine Einkommensquelle aus der die Investitionskosten zurückfliessen. 

Das “Sonnenschiff”

Die Plusenergiehäuser “Am Schlierberg” sind vor dem Lärm der vielbefahrenen Strasse durch den grossen Baukomplex des „Sonnenschiffs“ geschützt, ein mehrgeschossiges Gebäude, in dem sich Läden, Büros und Wohnungen befinden. Der Komplex fügt sich somit gut in das nachhaltige Konzept der Siedlung ein.

Das „Sonnenschiff“ ist fast 150 Meter lang und bietet auf drei Geschossen etwa 5000 m² Büro- und Ladenfläche sowie 1500 m² Wohnungsfläche. Auf dem Dach befinden sich fünf Penthäuser und Gärten. Im Untergeschoss ist eine Autoeinstellhalle untergebracht.

Das Gebäude wird ausschliesslich mit erneuerbaren Energien betrieben. Ein nur mit Biomasse betriebenes Blockheizkraftwerk (Holzabfälle) erzeugt Heizwärme und elektrischen Strom. Auf dem Dach befinden sich Photovoltaik-Anlagen, die den von ihnen erzeugten Strom ins Netz einspeisen. Die Baumaterialien sind entsprechend ihrer Umweltverträglichkeit ausgewählt worden. Nicht verbaut wurden zum Beispiel PVC-haltige Materialien.

Rolf Disch

Der deutsche Architekt Rolf Disch, Jahrgang 1944, hat während seiner Schreiner- und Maurerlehre die Gewerbeschule in Freiburg im Breisgau besucht, bevor er an der Fachhochschule Konstanz Architektur studierte. 1969 eröffnete er ein eigenes Architekturbüro und beschäftigte sich vorwiegend mit solarem Bauen. Zu seinen bekanntesten Werken gehören: das Haus „Heliotrop“, die Solarsiedlung „Am Schlierberg“ mit dem Baukomplex „Sonnenschiff“ in Freiburg im Breisgau.

Solararchitektur in Europa (10)

Ein Haus mit einer speziellen Speicherwand  

Das Einfamilienhaus steht in  Ebnat-Kappel, eine kleine Gemeinde in der Ostschweiz, auf einem Grundstück, oberhalb der Nebelzone(635 ü.d.M.), aber den Winden ausgesetzt. Hier hart der für seine innovativen Häuser bekannte  Schweizer Architekt Dietrich Schwarz ein Einfamilienhaus projektiert, das den Schweizer Solarpreis 2001 gewonnen hat.

Das Einfamilienhaus von Norden gesehen

Das eingeschossige Haus ist vollständig aus vorgefertigten Holzelementen gebaut. Die Nordfassade ist 25 Meter lang und 3,3 Meter hoch. Norden ist die Wetterseite, aber weil die Fassade niedrig ist, ist der Einfluss des Windes nicht sehr gross. Die Sudfassade ist hingegen hoher und enthalt verschiedene Elemente zur passiven Nutzung der Sonnenenergie. 38 Prozent der Fassade sind verglast, die restlichen 62 Prozent bestehen aus Elementen, in die Paraffinkassetten eingefügt sind, welche die Sonnenwärme speichern. Diese Elemente machen die Besonderheit des Hauses aus.

Die Nordfassade und das Dach sind mit einer Schicht von 40 cm Zelluloseflocken (isofloc) gedämmt und haben einen Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von 0,11 W/m²K. Der U-Wert der Speicherwand beträgt 0,4 W/m²K. Die Holzfenster (Lärche) haben eine Dreifachverglasung mit IV-Scheiben.  

Die Speicherwand

Eine traditionelle Speicherwand wie zum Beispiel diejenige von Felix Trombe  (1906-1985) in den 40er Jahren erfundene, erwärmt sich unter der Sonnenstrahlung, überträgt die Wärme nach innen und, infolge ihrer thermischen Trägheit,  speichert sie diese für längere Zeit. Um ausreichend Wärme zu speichern, muss die Wand schwer sein, ist deshalb dick und hat ein hohes Gewicht. 

Infolge der Verwendung von handlichen Speicherelementen aus Paraffin, ist die Wand des Hauses in Ebnat-Kappel leicht und hat die bescheidene Dicke von 106 mm.  Der Aufbau der Wand ist folgender: aussen hat sie eine Doppelverglasung, die aus zwei Glasscheiben und Zwischenraum besteht (6 + 29 + 6 mm). Die äussere Scheibe aus Sicherheitsglas ist selektiv (6 mm), die innere nicht. Der Im Zwischenraum, der mit Argon-Gas gefüllt ist, befindet sich eine Scheibe aus prismatischen Plexiglas, die das Licht nach aussen reflektiert, wenn die Hohe der Sonne 40° überschreitet.  Deswegen können die Sonnenstrahlen nur im Winter die Verglasung passieren. Hinter dieser Verglasung, im Abstand von 12 mm befindet sich das zwischen zwei Gasscheiben eingeschlossene Paraffin (42 mm).

Weil man das Paraffin nicht direkt zwischen die zwei Glasscheiben einbringen kann, befindet sich dieses in transparenten, hermetisch geschlossenen  Plastikkassetten (PP, UV resistent), die zwischen den zwei Glasscheiben angeordnet sind. Die Kassetten sind 100 x 100 x 20 mm gross und wiegen 140 g.

Die Paraffin-Elemente

Die Verflüssigung des Paraffins erfolgt langsam, beginnt an der äusseren Oberfläche und schreitet langsam nach innen fort. Bis zur totalen Verflüssigung bleibt die Temperatur des Paraffins zwischen 27 und 35°C. Auch wenn die Temperatur der äusseren Kassettenseite etwa 40°C erreicht, überschreitet diejenige  der inneren Seite nie 25°C, weil das Paraffin während der Nacht wieder erstarrt. Das Paraffin verflüssigt sich vollständig nur nach mehreren aufeinanderfolgenden Sonnentagen. Nach einigen bewölkten Tagen braucht das Paraffin drei bis vier Tage um sich unter der Sonne zu verflüssigen. Im Winter verflüssigt sich das Paraffin sehr selten und wenn, dann nur für kurze Zeit. 

Ansicht der Speicherwand von aussen

Die Speicherwand hat auch einen optischen Effekt. Wenn das Paraffin flüssig ist (wenn die Sonne scheint), ist es hell und transparent, während es in festem Zustand (an bewölkten Tagen) dunkler erscheint.

Das Innere des Hauses 

Trotz ihrer Leichtheit besitzt die Speicherwand alle vier Grundelemente einer Solartechnologie: Wärmedämmung, Absorption der Sonnenstrahlung, Wärmespeicherung und Sonnenschutz gegen Überhitzung im Sommer.

Nicht nur der Paraffinspeicher ist ein innovatives Element im Hauses, sondern auch der Sonnenschutz. Das Element aus primatischen Plexiglas lässt die direkte Sonnenstrahlung nur im Winter passieren, wenn der Sonnenstand niedrig ist; bei höherem Sonnenstand reflektiert es da Licht. Dies geschieht natürlich nur, wenn das Plexiglas direkt nach Süden (+/- 20°) ausgerichtet ist. Die Messungen, die im Rahmen der wissenschaftliche Begleitung des Projektes durchgeführt wurden, hat gezeigt, dass schon am Ende des Oktobers die Sonnenstrahlen vollständig den Plexiglasschirm passieren. Die Speicherwand wurde von der Firma INGLAS GmbH & Co. KG aus Friedrichshafen (Deutschland) gebaut. Die wissenschaftliche Begleitung des Projektes wurde vom Bundesamt für Energie finanziert.

Technische Installationen

Die technischen Installationen (Lüftungsanlage, Sanitärinstallation) sind zum Teil zwischen Dach und Unterdecke untergebracht, zum Teil unter dem Fussboden der Küche und des Bades.

Das Haus ist mit aktiven Solarsystemen ausgestattet, die zur Einsparung von Primärenergie beitragen. Eine mechanische Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Erdwärmetauscher, verringert die Lüftungswärmeverluste. Eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 1,4 kW (COP 3,5) entzieht der Abluft die Wärme und deckt den Restbedarf an Wärme wenn es sehr kalt ist. Die Wärmepumpe tritt automatisch in Aktion, wenn die Innentemperatur unter 18°C fällt und erzeugt Warmwasser, wenn der Sonnenkollektor nicht in der Lage ist, den Bedarf zu decken. Eine Photovoltaik-Anlage von 17 m² deckt den gesamten Jahresbedarf an elektrischen Strom, aber im Winter, wenn die Sonne wenig scheint, bezieht das Haus auch Strom aus dem öffentlichen Netz. Im Sommer wird hingegen der nicht im Haus benötigte Strom ins Netz eingespeist. 

Zufriedenheit der Bewohner

Die Bewohner des Hauses empfinden das Klima im Haus als angenehm, sowohl im Winter als im Sommer. Geschätzt wird insbesondere die Tatsache, dass die Temperaturschwankungen, zwischen Minimum und Maximum, sehr gering sind.

Baukosten

Die Baukosten des Hauses betrugen (2000) 660.000 Schweizerfranken (447.000 €). Die  Kosten der Speicherwand beliefen sich auf 1.200 Schweizerfranken (815 €) pro Quadratmeter. Zu berücksichtigen ist, dass es sich um einen Prototyp handelt. Der Architekt glaubt, dass bei Serienfertigung der Elemente die Kosten sich halbieren liessen. 

Fotos: Frederic Comtesse

Solararchitektur in Europa (9)

Das Haus “Wohnen & Arbeiten”

Das Gebäude “Wohnen & Arbeiten ” in Freiburg im Breisgau wurde vom Architekturbüro id-Architektur projektiert und zwischen 1998 und 1999 gebaut.  Es steht auf einem Grundstück  des  Vauban-Quartiers. Im Gebäude sind 16 Wohnungen, das Büro eines Technikers, das Büro eines Verlags und das Atelier eines Künstlers untergebracht. Die Grösse der Wohnungen variiert zwischen 36 m² e 170 m². Das Gebäude hat eine Primärstruktur, die in einer wärmegedämmten Aussenhaut eingeschlossen ist, und eine Sekundärstruktur, der die Treppen, die Laubengänge auf der Nordseite und die Balkone auf der Südseite zugehören und die von der gedämmten Primärstruktur getrennt ist.

Südfassade 

Die Geschossflächen, die dem Arbeiten dienen, können je nach Bedürfnis der Benutzer frei unterteilt werden und die zwei an diese Flächen anschliessenden Wohnungen können mit den Arbeitsräumen verbunden werden. Innerhalb der von der Hausinstallation gesetzten Grenzen, können die Bewohner die Lage von Küche und Bad entsprechend ihren Vorstellungen bestimmen.

Nordfassade

Die beheizte Fläche des Gebäudes beträgt 1396 m²  und das von der mechanischen Lüftungsanlage bediente Volumen 3699 m³. Dank seiner effiziente Wärmedämmung und der Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung hat das Gebäude den Energiestandard eines Passivhauses. Der spezifische Wärmebedarf beläuft sich auf  13,2 kWh/(m²a) und wird gedeckt durch ein mit Erdgas betriebenes Heizkraftwerk mit einer thermischen Leistung von 14,5 kW_t , das auch elektrischen Strom erzeugt. Das Heizkraftwerk ist jedoch nicht die einzige Wärmequelle. Zwischen April und September wird das Warmwasser für den Hausgebrauch zu 100 Prozent von auf dem Dach installierten Sonnenkollektoren bereitgestellt, die eine Fläche von insgesamt 54 m² haben. Auf dem Dach befindet sich auch Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 3,47 kW_p.

Westfassade

An die einzelnen Räume wird die Wärme mittels Radiatoren abgegeben und nicht wie in anderen Passivhäusern mit der Zuluft, um störende Luftbewegungen zu vermeiden. Die Lüftungsanlage saugt in erster Linie die verbrauchte Luft aus den Räumen ab. Der Luftstrom ist konstant, aber auch durch die Bewohner regulierbar. Im Winter passiert die kalte Aussenluft einen Wärmetauscher, und wird mit der in der Abluft enthaltenen Wärme erwärmt. Im Sommer, wenn man die Fenster öffnen kann, führt die Anlage den Räumen keine Frischluft zu, aber die verbrauchte Innenluft wird weiterhin abgesaugt.

Auf Empfehlung des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) wurde 47 Prozent der Südseite verglast. Die verglaste Fläche ist somit etwas grösser als das für Passivhäuser empfohlene Mass. Mit dieser Lösung konnte die natürliche Belichtung der Räume verbessert werden zumal die Fassade von den Balkonen und von grossen Bäumen verschattet wird, die im Sommer vor zu viel Sonne schützen. Nur die Fenster des dritten Obergeschosses und die nach Osten und Westen orientierten sind mit Sonnenstoren ausgerüstet.

Solararchitektur in Europa (8)

Sunny Woods  - Ein Wohnhaus im Niedrigenergiestandard  in Zürich 

Schon der Name “Sunny Woods” beschreibt die Idee des Architekten: Bauen mit der Sonne und mit Holz, einem nachwachsenden Material. Nur das Untergeschoss des Gebäudes ist aus Beton gebaut.

Das Gebäude steht an der Peripherie Zürichs, in der Nähe eines Waldes, auf einem nach Südwesten abfallenden Hang, von welchem aus man eine herrliche Aussicht auf die Gipfel von den  Berner bis zu den Glarner Alpen hat. Die Ortsplanung erlaubt eine hohe Dichte: auf jede Wohneinheit entfallen nur 250 m2 Grundstücksfläche. 

Sunny Woods - Südfassade

Baukonzept

Das viergeschossige Gebäude ist in drei Teile geteilt, von denen jeder zwei Maisonette-Wohnungen enthält. Jede der sechs Wohnungen ist 6½ Zimmer gross und einen eigenen Eingang von aussen, der sich ein halbes Geschoss über bzw. unter dem Strassenniveau befindet. Vom Eingang gelangt man in den Wohnbereich mit Wohnzimmer und Küche; auf dem zweiten Geschoss der Wohnung liegen dann vier Schlafzimmer von je 17 m2, zwei Bäder und einen Abstellraum. Die Zimmer des Wohnbereichs haben einen Zugang nach draussen. Die unteren Wohnungen öffnen sich gegen den Garten,  die oberen haben einen Teil der Dachterrasse zur Verfügung. Die Zimmer der Wohnungen haben keine spezifische Funktion und können je nach Bedürfnis ihrer Bewohner genutzt werden. Jede Wohnung bietet die Individualität eines Einfamilienhauses und ist ausserdem installationstechnisch unabhängig. Die Projektierung erfolgte unter Berücksichtigung der Kriterien des nachhaltigen Bauens.   

Wohnungsebene mit den Schlafzimmern

Das Eindrucksvollste an dem Gebäude ist ganz sicher die Südfassade mit ihren grossen Fenstern und ihrer Holzverkleidung, eigentlich etwas Unübliches für ein Niedrigenergiehaus.  Der Architekt wollte jedoch zeigen, dass auch ein energieeffizientes Gebäude grosse Fenster haben kann. Regulierbare, äussere, horizontale Lamellenstoren verhindern im Sommer eine Überhitzung der Räume. Die Storen können per Telekommando oder von Hand bedient werden.

Die Ausführung als Holzbau war mit einige Problemen verbunden, weil das Zürcher Baureglement keine Holzbauten von vier Geschossen zuliess. Weil jedoch das Baureglement damals gerade überarbeitet wurde, war es möglich mit dem Bauamt eine Lösung auszuhandeln, zumal immer zwei Wohnungen eine gemeinsame Fluchttreppe mit Ausgang nach draussen besitzen.

Sunny Woods - Schnitt

Claudia Eichenberger, eine der ersten Bewohnerinnen erzählt: “Vor dem Kauf einer der Wohnungen haben wir uns andere ähnliche Gebäude angeschaut um eine Idee zu haben, wie diese Niedrigenergiehäuser aussehen. Deshalb kannten wir deren Eigenschaften. Die Wohnungen in „Sunny Woods“ bieten jedoch einen sehr viel grösseren Komfort als andere ähnlichen Typs oder als konventionelle Wohnungen. Auch nach längerer Abwesenheit ist die Luft in den Zimmern nicht abgestanden und es gibt keine Zugserscheinungen“.

Essplatz und Küche

Die innere Ausstattung der Wohnungen wurde mit den Käufern abgesprochen. Diese hatten die Möglichkeit zu bestimmen, wo sie die Zwischenwände, die elektrischen Steckdosen und die Schalter haben wollten. Sie konnten die Küchen- und Bäderausstattung sowie den Anstrich der Wände selbst wählen.

Der Restwärmebedarf von “Sunny Woods” beläuft sich auf 14,4 kWh/m2a. Dieser Energiestandard ist das Resultat einer Kombination verschiedener Elemente:

• Günstiges Verhältnis von Aussenfläche zu Volumen (S/V)
• Klare Trennung von beheizten und nicht beheizten Zonen
• Wärmedämmung: 26 cm zwischen beheizten und nicht beheizten Zonen; 33 cm auf den Fassaden
• Einsatz von Vakuum-Isolations-Paneelen  dort, wo grössere Dicken des Dämmmaterials Probleme hervorgerufen hätten (Dachterrasse, Fensterrahmen)
• Eingangstüren von einer Stärke von 8 cm (U = 0,25 W/m2K)
• Fehlen von Warmwasserleitungen in nicht beheizten Zonen.

Die Ausrichtung des Grundstücks nach Süden begünstigt Nutzung der Sonnenenergie. Fast alle Räume konnten nach Süden orientiert werden. Die Sudfassade ist fast völlig verglast  (U-Wert = 0,6 W/m2K). Dadurch sind auch im Winter Nettowärmegewinne erreichbar. Die Boden in schwarzem Schiefer und die darunterliegenden Betondecken speichern di gewonnene Wärme. Die 65 cm vorspringenden Decken beschatten die Fassade und minimieren die Gefahr einer sommerlichen Überhitzung.

Energiekonzept

Der Energieverbrauch für Heizung, Lüftung und Warmwasser entspricht dem Standard eines Passivhauses. Der Restenergiebedarf wird durch eine Photovoltaik-Anlage gedeckt, die An das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist. Der jährliche Energieverbrauch ist somit fast null.

Erneuerbare Energien

In die Südfassade sind Sonnenkollektoren mit Vakuum-Röhren integriert, die nicht nur Warmwasser erzeugen, sondern auch das Balkongeländer bilden. Die Absorber in den Röhren können entsprechend dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen reguliert werden. Die Balkongeländer sind somit halbtransparent und beeinträchtigen nicht die Aussicht von den Wohnungen auf die Umgebung.

Die Dachfläche ist vollständig von Photovoltaik-Modulen bedeckt, die elektrischen Strom für die Heizung, die Lüftung und die Warmwasseraufbereitung erzeugen. Die Anlage ist im Hinblick auf einen Anschluss ans öffentliche Stromnetz geplant worden. Rechnet man mit einer Amortisationszeit von 25 Jahren, kostet eine kWh 1,20 sfr (0,82 €). Die Anlage wurde mit Beiträgen des Bundesamtes für Energie und der Elektrizitätsgesellschaft der Stadt Zürich finanziert.

Zusatzenergien

In Zeiten, in denen die Sonneneinstrahlung unzureichend ist, erzeugt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe die notwendige Energie. Diese Pumpe befindet sich in einem Technikraum, in welchem auch der Warmwassertank und das Zentralaggregat der Lüftungsanlage untergebracht sind. Jede einzelne Wohnung besitzt einen solchen Raum. Diese Dezentralisierung hat folgende Vorteile:

• Erhöht das Verantwortungsbewusstsein der Bewohner und deren Kenntnisse betreffend innovativer Technologien;
• Vermindert die üblichen Reibereien zwischen den Bewohnern, die man von Miethäusern her kennt;
• Der Technikraum beansprucht wenig Platz und befindet sich innerhalb der wärmegedämmten Zone des Gebäudes;
• Die Leitungen sind sehr kurz, die Energieverluste entsprechend gering.           

Lüftung und Heizung

Der geringe Wärmebedarf hat es erlaubt, auf eine konventionelle Heizungssystem zu verzichten. Die frische Aussenluft wird in einem Erdwärmetauscher vorgewärmt, wenn sie dann im Technikraum die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird sie in die Wohnräume durch in die Decke eingelegte Rohre eingeblasen: im unteren von oben, im oberen Geschoss von unten. In jedem Geschoss ist der Luftstrom individuell regulierbar.

Installationen

Heizung: Vorheizung der Luft durch Erdwärmetauscher, Wärmepumpe für die Nachheizung und die Warmwasseraufbereitung

Lüftung: Mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung        

Warmwasser: Sonnenkollektoren, Wärmepumpe

Elektrizität: Photovoltaikanlage auf dem Dach

Schweizer Solarpreis 2002

“Sunny Woods” hat den Schweizer Solarpreis 2002 erhalten

Solararchitektur in Europa (7)

Zwei Solarhäuser in Domat/Ems (CH)

Die Gemeinde Domat/Ems ist fünf Kilometer von Chur, der Kantonshauptstadt Graubündens, entfernt. An beiden Ufern des Rheins überragen hohe Berge den Ort. In den Wintermonaten, gibt es nur wenige Sonnenstunden. Im Viertel Calundis, in welchem die beiden Häuser stehen, scheint die Sonne nur für zwei Stunden am Tag. An einem solchen Ort Solarhäuser bauen zu wollen, erscheint verrückt, aber dem Architekt Dietrich Schwarz ist es gelungen.

Die transluzente Fassade mit den hochgelegenen Fenstern 

Seine Lösung des Problems war die Folgende: Ausbildung der Fassaden der zwei Häuser (400 m2) als Solarkollektoren, natürlich mit Ausnahme der Nordfassade. Die grossen Glasflächen, welche die Sonnenstrahlung aufnehmen, sind im Winter absolut nötig, im Sommer können sie dagegen rasch zur Ursache von Überhitzung werden. Sensible Solarsysteme brauchen einen effizienten sommerlichen Sonnenschutz.

Auf diesen Flächen, welche die Sonnenstrahlung aufnehmen, hat Schwarz fünf verschiedene Technologien eingesetzt, die nach drei Kriterien ausgewählt wurden: Architektur, Wohnqualität und Orientierung. Photovoltaik-Module (30 m2) zur Stromerzeugung und Sonnenkollektoren zur Warmwasseraufbereitung (8 m2) bedecken die nach Süden ausgerichtete Dachfläche, die eine Neigung von 45° hat. Vom asymmetrischen Dach kommt also die Energie für die Küche und fürs Bad. Der grösste Teil der Heizwärme stammt hingegen von der Fassade.

Die strahlende Fassade am Abend

In die Fassade (280 m2) sind drei verschiedene Systeme integriert: etwa ein Fünftel der Fassadenfläche besteht aus Fenstern die einen Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von 0,84 W/(m2K) und einen Gesamtenergiedurchlasswert (g) von 0,29 haben. Der Rest der Fassade ist bedeckt von einem transparenten, wärmedämmenden Material (TWD). Auf der Süd-, Ost- und Westseite bedeckt dieses Material eine Betonwand (Dicke 20 cm), die 18 Meter lange Nordseite ist hingegen total transparent; sie besteht ausser den  Fenstern nur aus diesem, zwischen zwei Glasscheiben liegenden Material.

Die Sonnenenergienutzung erfolgt folglich auf zwei Arten: durch die opake Aussenhaut (Südseite) dringt die Wärme ins Haus, das Tageslicht kommt hingen auf der transparenten Nordseite herein und verbreitet in den Räumen ein angenehmes diffuses Licht. Am Abend strahlen beide Häuser Licht aus, ein in Domat/Ems vorher nie Gesehenes Ereignis.

Was den beiden Fassadentypen gemeinsam ist, ist die Schicht TWD aus Polykarbonat, die eine Dicke von 10 cm auf der Südseite und eine von 15 cm auf der Nordseite hat. Die Wände besitzen ausserdem einen Sonnenschutz, der einer Überhitzung im Sommer vorbeugt, ohne diesen würden die Häuser im Sommer zu einem Brennofen werden. Der Architekt hat zuerst an einen aussenliegenden mobilen oder festen Sonnenschutz gedacht, aber diese Systeme haben sich nicht als zufriedenstellend erwiesen. Er hat deshalb nach einer anderen Lösung gesucht.

Schnitt mit Erdgeschoss, Obergeschoss und Keller; links die Südfassade mit der Speicherwand

Alle mit TWD versehenen Speicherwände weisen drei Schichten auf: extrahartes Glas (6 mm), TWD (10 cm), Zwischenraum (2 cm), Schwarzer Absorber aus Chromstahlblech (0,5 cm), belüfteter Zwischenraum (10 cm), Betonwand (20 cm). Die Gesamtdicke der Wand ist folglich 43 cm. Der Zwischenraum zwischen Absorber und TWD ist aus Sicherheitsgründen vorgesehen worden. Aus den Berechnungen ergab sich für die aufnehmende Oberfläche eine Temperatur von 150°C ; das Polykarbonat wird weich bei 190°C und wird flüssig bei 250°C. Der belüftete Zwischenraum zwischen Absorber und Betonwand dient dazu eine Überhitzung der Räume im Sommer zu vermeiden.

Die zwei Seiten des selektiven Absorbers besitzen verschiedene Eigenschaften: die äussere Seite besitzt eine geringe Abstrahlungskraft; die innere Seite strahlt die Wärme ab (Emissionsfaktor 30%) und erwärmt die Luft im Zwischenraum sowie die Betonwand. Die Wärmeübertragung erfolgt also nicht nur durch Strahlung, sondern auch durch Konvektion, die durch Rollen mit elliptischen Querschnitt ermöglicht wird. Alle diese opaken Elemente mit TDW besitzen unten und oben Ventile. Wenn diese geöffnet sind, entweicht die überschüssige Wärme mit der Luft nach aussen.

 Die Kriterien nach den die Ventile geöffnet und geschlossen werden, sind einfach: die bleiben geöffnet wenn die mittlere Tagestemperatur über 10°C liegt, ansonsten bleiben sie geschlossen. Von besonderem Interesse sind die Berechnungen, die das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg i.Br. angestellt hat. Aus diesen geht hervor, dass ein Zwischenraum von weniger als 6 cm keine ausreichende Lüftung garantiert. Eine solche ist jedoch garantiert bei einem Zwischenraum von 10 cm.  An einem einigermassen warmen Frühlingstag, steigt die Temperatur am Absorber auf 100°C; bei geöffneten Ventilen beträgt die Temperatur der dahinter liegenden Wand 20°C und 40°C erreicht, wenn die Ventile geschlossen sind.

Der Wärmebedarf der beiden Häuser von 1000 kWh ist sehr viel niedriger als der eines normalen, neuen Gebäudes gleicher Grösse. Die Räume haben eine elektrische Fussbodenheizung. Zur Energieeinsparung tragen auch das mechanische Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung  und der Erdwärmetauscher bei, der im Winter die Aussenluft vorheizt und im Sommer kühlt.

 

Die zwei Häuser wurden 1996 gebaut . Die Effizienz der Strahlungsaufnahme durch die Aussenflächen der beiden Häuser und deren thermisches Verhalten wurden im Rahmen eines Programmes (1) verfolgt, an das das Bundesamt für Energie und der Kanton Graubünden finanzielle Beiträge geleistet haben.

Anmerkungen

(1)   Das Programm ENERGIE 2000 der Schweizerischen Eidgenossenschaft hatte zwei Hauptziele: die Nutzung der erneuerbaren Energien sowie die Ausschöpfung aller Möglichkeiten zur Energieeinsparung. Zu diesen Zweck hatte die Schweizer Regierung, ausser der diesbezüglichen Forschung auch die Realisierung von Pilot- und Demonstrationsprojekten gefördert, welche sich der neuen, innovativen Technologien bedienen. Im Rahmen dieses Programmes wurden realisiert:  Windanlagen, elektrische Fahrzeuge, Biogasanlagen, Kleinwasserwerke und Niedrigenergiehäuser. Die beiden hier vorgestellten Häuser in Domat/Ems erhielten einen finanziellen Beitrag vom Bundesamtes für Energie und vom Büro für Energie des Kantons Graubünden. Ein innovativer Charakter wurde insbesondere dem Gebrauch von TWD-Elementen  und den Schutz vor möglicher Überhitzung der Räume im Sommer zuerkannt. An die Kosten dieser Elemente und an die Kontrollüberwachung wurde ein finanzieller Beitrag ausgerichtet.

Solararchitektur in Europa (6)

Heliotrop^®

In Freiburg im Breisgau, unweit der Solarsiedlung “Am Schlierberg”, steht, in einer herausragenden Position,  das Haus Heliotrop^® des Architekten Rolf Disch, ein zylindrischer Turm, der sich dreht und dem Sonnenlauf folgt. Der Name „Heliotrop“ ist der griechische Name der Sonnenblume, die sich dem Volksglauben nach, immer in Richtung der Sonne dreht.

 

Bild: Rolf Disch

Das Gebäude ist eine Konstruktion aus standardisierten Holzelementen. Die Geschosse entwickeln sich um einen zentralen, 14 Meter hohen Kern, in welchem sich die elektrischen Installationen und eine Wendeltreppe befinden. Die Geschosse haben den Grundrisse eines Vielecks mit 18 Seiten. Die Wohn- und Arbeitsgeschosse sind untereinander durch die Wendeltreppe verbunden und können durch Zwischenwände und Möbel entsprechend der polygonalen Fassadenteilung unterteilt werden. Von der Terrasse auf dem Dach hat man eine herrliche Aussicht auf die neuen Stadtviertel Freiburgs und auf die Berge des Schwarzwaldes.

Auf der Dachterrasse steht eine Photovoltaikanlage mit einer nominalen Leistung von 6,6 kW_p, deren Neigung automatisch der Sonne nachgeführt wird. Die Anlage liefert fünf bis sechs Mal so viel Strom als im Gebäude benötigt wird. Die Solarmodule schützen die Terrasse ausserdem vor Sonne und Regen.

Der zentrale Kern ist auf einer drehbaren Plattform montiert, die durch einen Elektromotor bewegt wird. Der Mechanismus erlaubt es, den verglasten Teil des Zylinders im Winter gegen die Sonne zu orientieren und im Sommer in entgegengesetzter Richtung. Die Isolierverglasung des Turmes ist dreifach und hat einen U-Wert von 0,5 W/m²K. Die nichtverglasten Fassadenteile sind bestens wärmegedämmt (U = 0,12 W/ m²K). Mit der Drehung des Turms ändert sich auch die Aussicht, die man von den Räumen hat.

Alle Räume werden hauptsächlich von der Sonne geheizt. Der Restwärmebedarf wird durch Sonnenkollektoren gedeckt, deren Vakuumröhren horizontal in die Brüstungen montiert sind, sowie von einem Erdwärmetauscher.

Bild: Rolf Disch

Das Heliotrop in Freiburg  ist ein Prototyp, in welchem Disch zu Versuchszwecken verschiedene Heizungssysteme installiert hat, zum Beispiel Lamellendeckenstrahler aus Kupfer, die auch im Sommer zur Kühlung eingesetzt werden können. Eine zweite Anlage ist ein Solarspeicher, der das Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung unterstützt, wenn es eine Nachheizung braucht. Im Sommer übernimmt dieses System die Funktion einer Klimatisierungsanlage und verstärkt den Kühleffekt der Strahlungsdecken.

Das Regenwasser wird gesammelt und zum Geschirrspülen und in der Waschmaschine verwendet. Die organischen Abfälle werden zusammen mit den Fäkalien in einer Trockenkompostieranlage behandelt, das Abwasser wird in einer Pflanzenkläranlage gereinigt. Auf diese Weise trägt die Gebäudetechnik zum sparsamen Umgang mit den natürlichen Ressourcen bei und kehrt das Wasser nach seiner Benutzung wieder in den natürlichen Kreislauf zurück.

Das Konzept von Heliotrop zeigt die Machbarkeit auf, verschiedene innovative Technologien, hoher Wohnkomfort und Umweltschutz sich nicht gegenseitig ausschliessen. Nach Heliotrop sind weitere Gebäude diese Typs realisiert worden, unter anderen der Solarturm der Firma Hansgrohe und ein mobiles Heliotrop wurde in Basel im Rahmen der Swissbau (1996) ausgestellt.