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.

Solararchitektur in Europa (5)

Das Nullenergiehaus in Freiburg im Breisgau

1992 wurde in Freiburg im Breisgau das erste deutsche Nullenergiehaus eingeweiht, Das Haus, das im Rahmen eines fünfjährigen Forschungsprogramms des Fraunhofer-Instituts errichtet wurde, sollte energetisch autark, d.h. vollständig unabhängig vom öffentlichen Leitungsnetz sein. Alle Energie sollte von der Sonne kommen. Alle konventionellen Energiequellen wie Erdöl und Erdgas sollten ausgeschlossen bleiben und durch erneuerbare Energien ersetzt werden.

Südfassade des Nullenergiehauses in Freiburg i.Br.

Architektur

Das mit der Hauptfassade nach Süden ausgerichtete Gebäude, wurde auf einem Grundstück gebaut, das von keinen anderen Gebäuden verschattet wird. Die Südfassade ist voll verglast aber teilweise mittels eines transluziden Materials von 10 cm Dicke wärmegedämmt. Die Nordfassade ist hingegen fast fensterlos und besitzt eine sehr effiziente Wärmedämmung.

Energiekonzept

Das Herzstück der Energieversorgung ist die Verwendung von Wasserstoff, der mithilfe von Sonnenenergie erzeugt wurde und als Energiespeicher dient. Zur Erzeugung des Wasserstoffs wurden 44 Prozent der von den Photovoltaik-Anlage bereitgestellten Stroms verbraucht. Die restlichen 56 Prozent wurden direkt von den haustechnischen Anlagen verbraucht oder kurzzeitig in einer Bleibatterie gespeichert (20 kWh). Der Wasserstoff diente dazu, mithilfe einer Brennstoffzelle (zum ersten Mal in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt) elektrischen Strom zu erzeugen sowie die zur Heizung des Gebäudes notwendige Wärme. Der Einsatz der Brennstoffzelle hat jedoch nicht zur erhofften Unabhängigkeit vom Elektrizitätsnetz geführt und deshalb musste man in einer ersten Betriebsphase hierauf zurückgreifen. Erst nach der Installation einer Membran-Brennstoffzelle war es den Bewohnern (Projektleiter mit Familie) möglich, das Haus autonom zu bertreiben.

Wenn man bedenkt, dass man mit dem Projekt die Machbarkeit eines energetisch vollkommen autarken Hauses demonstrieren wollte, wurden ausser der Brennstoffzelle noch andere Technologien getestet, die mit erneuerbaren Energien arbeiten, darunter ein Absorptions-Speicher, der auf kleinem Raum und ohne grössere Verluste die im Sommer gewonnene Wärme speichern kann, sowie Sonnenkollektoren, die häusliches Warmwasser erzeugen. Der Heizwärmebedarf (gemessen 0,5 kWh/(m²a)) konnte mit einer Wärmepumpe gedeckt werden, die an einen Erdwärmetauscher angeschlossen war.

Bewertung

Wegen der hohen Betriebskosten wurde das Freiburger Nullenergiehaus nach fünf Betriebsjahren wieder ans öffentliche Elektrizitätsnetz angeschlossen. Das Experiment hat gezeigt, dass der Bau eines energieautonomes Gebäudes nur dort Sinn hat, wo ein Anschluss an die öffentlichen Energienetze nicht möglich ist oder wenn dieser Anschluss unvertretbar teuer wäre. 

Kosten

Die Investitionskosten des Nullenergiehauses beliefen sich auf 2,6 Mio. DM (etwa 1,4 Mio. Euro), d.h. etwa das Dreifache eines normalen Hauses von gleicher Grösse.

Bauherrschaft: Frauenhofer-Institut für solare Energiesysteme 79100 Freiburg ise.fhg.de   

Architekt: Planerwerkstatt Hölken & Berghoff, 79279 Vörstetten

Solararchitektur in Europa (4)

Das erste Passivhaus Deutschlands

Das erste Passivhaus Deutschlands wurde 1991 in Darmstadt-Kranichstein fertiggestellt. Das Gebäude war von der Firma Rasch & Partner nach einem Projekt des Architekturbüros Bott/Ridder & Westermeyer in Darmstadt realisiert worden. Das Passivhauskonzept stammt von dem schwedischen Architekt Hans Eek und dem deutschen Physiker Wolfgang Feist. Feist, der damals beim Darmstädter Institut “Wohnen und Umwelt“ arbeitete, hat das Darmstädter Projekt wissenschaftlich begleitet. Dr. Feist ist auch der Gründer und Leiter des 1996 gegründeten Passivhaus Instituts in Darmstadt.

Das Passiv-Mehrfamilienhaus in Darmstadt-Kranichstein – Südfassade

Das Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein ist ein dreigeschossiges Reihenhaus mit insgesamt vier Wohnungen. Jede Wohnung hat eine Wohnfläche von 156 m². Das Untergeschoss des Gebäudes ist gegen oben wärmegedämmt. Die Aussenwände der oberen Geschosse bestehen aus einer Verbundkonstruktion mit 30 cm Wärmedämmung. Das Pultdach ist eine Holzkonstruktion und hat eine 40 cm dicke Wärmedämmung. Die Fenster haben Spezialrahmen und eine Dreifach-Isolierverglasung. Der Zwischenraum zwischen den Scheiben ist mit Kryptongas gefüllt.

                                                                      

Ab 1991 wurde in dem Haus ein Kontroll- und Messprogramm durchgeführt. Dieses Programm wurde von der Stiftung Wüstenrot und dem Hessischen Umweltministerium finanziert. Im Rahmen des ersten Messperiode waren noch nicht alle Dämmarbeiten beendet, aber in den darauffolgenden Perioden war der Heizwärmeverbrauch (Erdgas) aller Wohnungen geringer als 12 kWh/(m²a), das heisst er betrug nur ein Zwanzigstel des durchschnittlichen Verbrauch deutscher Wohnungen. Auch die anderen häuslichen Energieverbräuche waren sehr gering. In den acht Jahren, in denen Messungen erfolgten, betrug der Gesamtenergieverbrauch (für Heizung, Warmwasseraufbereitung, mechanische Lüftung, Beleuchtung und andere Nutzungen) weniger als 33 kWh(m²a), d.h. 3 kWh(m²a) mehr als vorher berechnet.

Das Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein – Innenansicht einer Wohnung. Die grossen Südfenster stellen ein optimale Sichtverbindung zur Umgebung her und verhelfen dem Gebäude auch im Dezember und Januar zu Solargewinnen, die grösser sind als die Wärmeverluste.

In jeder der vier Wohnungen des Gebäudes war vorsichtshalber auch eine konventionelle Radiatorenheizung vorgesehen, weil man sich in der Projektierungsphase noch nicht sicher war, ob das Lüftungssystem allein in der Lage sein würde, die notwendige Wärme bereitzustellen. Von dieser Heizung wurde jedoch nur in den Wintern 1991 bis 1993 Gebrauch gemacht, die ausgesprochen kalt waren. Die konventionelle Heizanlage verbraucht durchschnittlich 10 kWh(m²a).

Später wurden vor den Fenstern noch eine Nachtdämmung in Form von Schiebeläden aus Polyurethan mit beidseitiger Alu-Abdeckung angebracht, die sich abends automatisch vor die Fenster schieben. Dadurch konnten die nächtlichen Wärmeverluste mehr als halbiert werden.

Schemaschnitt durch das Passivhaus Darmstadt-Kranichstein.

Nach der Montage der Nachtdämmung vor den Fenstern, während der vierten und fünften Messperiode (zwischen Oktober 1994 und September 1996), konnte man die Heizung in einer der Wohnungen völlig abstellen. Der Wärmeverbrauch war praktisch auf null gesunken. Man konnte also von einem Nullenergiehaus sprechen.

Die Realisierung des Passivhauses in Darmstadt-Kranichstein hat die Effizienz des Passivhaus-Konzeptes bewiesen und gezeigt, dass es möglich ist, den Energieverbrauch von Wohngebäuden drastisch zu reduzieren, ohne den Wohnkomfort zu beeinträchtigen.

Solararchitektur in Europa (3)

Das Solarhaus in Freiburg-Tiengen

Das Solarhaus in Freiburg-Tiengen ist ein dreistöckiges Mehrfamilienhaus, das 1978 gebaut wurde. Im Vergleich mit anderen Gebäuden aus der gleichen Zeit ist es sehr energieeffizient, dank der zwei Batterien von Sonnenkollektoren auf der Südseite des Daches. Die beiden Anlagen funktionieren immer noch mit einem Wirkungsgrad, der zwischen 51 und 53 Prozent liegt, und erzeugen jährlich zwischen 26.000 und 32.000 kWh Wärme (1979-1983).

Das Solarhaus in Freiburg-Tiengen (Bild: ISFH)

Das Solarhaus in Freiburg-Tiengen wurde 1978 im Rahmen eines sozialen Wohnungsbauprogrammes errichtet. Das dreistöckige Mehrfamilienhaus enthält 12 Wohnungen mit einer Wohnfläche von insgesamt 657 m². Auf den nach Süden orientierten Dachflächen sind zwei Sonnenkollektoranlagen mit Vakuumröhren installiert, die Warmwasser erzeugen, dass zur Gebäudeheizung dient. Verglichen mit dem üblichen Standard von damals, hat dieses Wohngebäude einen relativ niedrigen Heizwärmebedarf, weil es viel besser wärmegedämmt ist und auch effizientere Fenster besitzt als andere Wohnhäuser der damaligen Zeit.

Ansicht des Solarhauses von Süden 1978

Das Haus war das erste Wohngebäude in Deutschland, das mit Vakuumröhren-Kollektoren ausgerüstet und wissenschaftlich überwacht wurde, um verlässliche Daten für zukünftige Projektierungen zu gewinnen. Die Entscheidung zwei getrennte Kollektoranlagen zu installieren, eine zur Erzeugung von häuslichem Warmwasser,  die andere nur zu Heizzwecken, ist im Hinblick auf diese Datenerfassung geschehen. Zum ersten Mal sind auch Simulationsmethoden entwickelt worden, die die Dimensionierung solcher Anlagen erlauben.

Energiekonzept

Die zwei Kollektoranlagen treten in Betrieb entsprechend den erzielbaren solaren Strahlungsgewinnen und bedienen zwei Versorgungssysteme: die häusliche Warmwasserversorgung sowie die Heizung. Beide Kreisläufe besitzen zwei Speicher: einen mit geringerer Temperatur, der der Vorheizung dient, der zweite enthält Wasser höherer Temperatur. Die zwei Kollektorbatterien arbeiten zwar getrennt, aber können abwechselnd beide Kreisläufe versorgen. Prioritär ist die Aufbereitung häuslichen Warmwassers, das das ganze Jahr über gebraucht wird. Die erste Kollektorbatterie erwärmt zuerst einen 1500-Liter-Tank, der das häusliche Warmwasser (Temperatur 60°C) enthält, anschliessend führt sie Wärme einem 1000-Liter-Tank zu, der Warmwasser höherer Temperatur enthält.

Die zweite Kollektorbatterie erwärmt das Wasser des Heizungssystems: zuerst erwärmt sie das Wasser, das in einem 15.000-Liter-Tank gespeichert ist, anschliessend führt sie Wärme einem 5000-Liter-Tank zu, der Wasser höherer Temperatur enthält. Im Sommer erwärmt die nicht zur Warmwasseraufbereitung benötigte Wärme das Wasser des Heizungssystems. Im Fall, dass die von den beiden Kollektoranlagen bereitgestellte Wärme nicht ausreicht, um das Wasser bis zur gewünschten Temperatur zu erwärmen, tritt ein Ölheizkessel in Betrieb.

Funktionsschema der Solaranlage und des Heizsystems

Schon damals, als das Gebäude errichtet wurde, waren drei Wohnungen mit einem zentralen Zwei-Kanal-Lüftungssystem ausgestattet. Durch einen Kanal floss  Frischluft zu, der andere führte die verbrauchte Luft nach draussen ab.    

Verglichen mit anderen, in der gleichen Epoche errichteten Gebäuden ähnlicher Zweckbestimmung, ist das Solarhaus in Freiburg-Tiengen, dank seiner guten Wärmedämmung und seiner zwei Solaranlagen, als hoch energieeffizient zu betrachten. In den 25 Jahren seines Betriebs (1978-2003) hat es etwa 2.740 MWh (274.000 Liter Heizöl) weniger verbraucht als ein Wohnhaus vergleichbarer Grösse.

Erstaunlich ist auch, dass die beiden Kollektoranlagen ohne Unterbrechung und mit einem Minimum an Unterhalt so lange funktioniert und etwa 650 MWh Wärme produziert haben.

Anschrift: Rebstockweg 3+5 in Freiburg-Tiengen

Baujahr: 1978

Quellen: Freiburger Stadtbau GmbH (FSB), Institut für Solarenergieforschung GmbH Hameln/Emmerthal (ISFH)

Solararchitektur in Europa (2)

Die Solarhäuser von  Felix Trombe in den Pyrenäen 

Das Laboratorium für Sonnenenergie der Direction Générale de la Recherche Scientifique et Technique (DGRST) liegt in Odeillo, in grosser Höhe in den französischen Pyrenäen. Unter der Leitung von Felix Trombe (1906-1985), eines französischen Chemikers, Physikers und Höhlenforschers ist diese Laboratorium in der ganzen Welt bekannt geworden wegen seines Solarofens, der eine Leistung von 1 MW hat und mit welchem sich Temperaturen über 3300°C erzielen lassen (Abb., 1).

Abb. 1 - Der Solarofen von Odeillo

Felix Trombe ist jedoch auch bekannt geworden durch die nach ihm benannte Wand, mit dem sich die Sonnenenergie sehr effizient passiv nutzen auch in Wohnhäusern lässt.

Zusammen mit dem Architekt Jacques Michel baute Felix Trombe eine Reihe von “maisons solaires“, die alle eine ins Gebäude integrierte Trombe-Wand besassen. Der Bau des ersten, als Prototyp gedachten, Hauses reicht in Jahr 1956 zurück, als die Südwand einer Gebirgshütte in einen Sonnenkollektor umgewandelt wurde (Abb. 2 und 3). Die Mauer mit einer Dicke von 30 cm wurde auf der Aussenseite verputzt und schwarz gestrichen, damit sie mehr Sonnenstrahlung absorbieren konnte. Das Mauerwerk nahm dann die gesammelte Sonnenwärme auf und speicherte sie. Vor der geschwärzten Mauer wurde im Abstand von 10 cm eine Verglasung angebracht, damit der Wind die Wärme nicht forttragen konnte. Zwischen der Mauer und dem Glas blieb also ein Zwischenraum. Oben und unten waren in der Mauer Öffnungen damit die Raumluft zirkulierten und sich erwärmen konnte.

Abb. 2 - Das erste Solarhaus von Felix Trombe aus dem Jahr 1956

Tagsüber, wenn die Sonne schien, erwärmte sich die Luft in dem Zwischenraum und trat aus den oberen Öffnungen in der Mauer aus und verbreitete sich in den Räumen. Gleichzeitig floss kältere Luft aus den unteren Öffnungen in den Zwischenraum. Auf diese Weise kam ein ständiger Luftkreislauf in Gang, der die Wärme ohne mechanische Hilfe in den Räumen verteilte.

Abb. 3 - Grundriss des ersten Solarhauses von Felix Trombe in Odeillo

Die Wand hatte jedoch die Funktion eines Wärmespeichers. Sie erwärmte sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung und mit einer Verspätung von 6-8 Stunden erreichte die Wärme der Aussenseite die Innenseite der Mauer und strahlte in den Raum ab. Auf diese Weise garantierte die Mauer auch die Heizung während der Nacht, wenn die Luftzirkulation unterbrochen war.

Die Berghütte mit der ersten Tromb-Wand wurde nie bewohnt, sondern diente dazu, Luftkanäle mit verschiedenen Querschnitten und Auslässen zu testen und mit einem, in die Fassade integrierten Wasserkollektor zu experimentieren. Deshalb gibt es auch genügend Daten über den Wirkungsgrad der Anlage.

Wasserkollektoren

Wasser ist ein besserer Wärmespeicher als Mauerwerk und Beton. In 100 Liter Wasser kann man bei einer Temperaturzunahme von 17°C 20 kWh Wärme speichern, in Beton mit dem gleichen Volumen nur 9 kWh.  Folglich sind auch Speicherwände aus Wasser effizienter und verlieren ihre Wärme langsamer als Betonmauern.

Abb 4 – Der in ein Trombe-Wand integrierte Wasserkollektor von 1962 

In Odeillo wurde 1962 ein Solarhaus gebaut, dessen Südfassade eine Kombination von Fenstern und Wasserkollektoren trug (Abb. 4). Der Einsatz einer Wasserwand als Sonnenkollektor anstelle einer Betonwand war das wichtigste Merkmal, das dieses Haus von den anderen in Odeillo gebauten unterschied. Der Kollektor bestand aus einem mit Wasser gefüllten Radiator, der auf der Aussenseite schwarz gestrichen war und zwischen der äusseren Verglasung der Südfassade und den inneren Räumen untergebracht war. Die Innenseite des Radiators war wärmegedämmt um den Wärmefluss von und zu den Räumen zu kontrollieren. Das von der Sonne erwärmte Wasser stieg hoch in einen Behälter, gleichzeitig sank das kühlere Wasser und ersetzte das warme Wasser. Die Wärme wurde von der inneren Oberfläche des Speichers in die Räume abgestrahlt.

Weitere Solarhäuser in Odeillo

In Odeillo wurden später weitere mit Trombe-Wänden ausgestattete Häuser für Angestellte der DGRST gebaut. Unter der Leitung von Felix Trombe und Jacques Michel wurde 1967 eine Speicherwand aus Beton realisiert, die eine dicke von 60 cm hatte. Das Haus hatte vier Zimmer und eine Wohnfläche von 76 m². Die Fläche des Kollektors betrug 48 m². Der Kollektor funktionierte nach dem gleichen Prinzip wie der des ersten Hauses.

Nachdem die Sonnenstrahlen den äusseren Glasabschluss passiert hatten, wurden sie vom schwarz gestrichenen Betonoberfläche absorbiert, die bis zu 65°C heiss wurde. Weil die langwellige Wärmestrahlung nicht durch das Glas nach aussen konnte, erwärmte sich die Luft im Zwischenraum zwischen Glas und Betonwand und stieg nach oben. Diese warme Luft gelangte in die Zimmer durch Öffnungen im oberen Teil der Mauer, wobei gleichzeitig kühlere Luft aus den Räumen durch Öffnungen im unteren Teil der Wand in den Zwischenraum strömte. Diese Luftzirkulation dauerte solange an bis die Temperatur der Aussenseite der Wand auf 21°C zurückgegangen war. Dies geschaht etwa zwei bis drei Stunden nach Sonnenuntergang.

Um die umgekehrte Luftzirkulation zu vermeiden, lagen die unteren Öffnungen etwas hoher als der Kollektorboden. Nachts blieb die kühlere Luft am Boden des Kollektors. Ein grosser Teil der von der Sonne erzeugten Wärme war im Beton gespeichert durchquerte die Wand im Verlauf von 10-15 Stunden.

Nachts wurde das Haus durch die auf der Innenseite der Wand abgestrahlte Wärme geheizt. An einem wolkenlosen Tag heizte mehr als 70 Prozent der Sonnenwärme die Zimmer durch Strahlung. Der Rest erreichte die Räume durch Luftkonvektion.  Zwei dieser Häuser waren ab 1967 von Ingenieuren des „Laboratoire de l’energie solaire” bewohnt. Weil sie nicht genügend wärmegedämmt waren, verloren die Häuser jeden Gradtag 6.448 kWh. Trotzdem lieferte die Trombe-Betonwand zwischen 60 und 70 Prozent der notwenigen Wärme, in einem durchschnittlichen Winter auf der Höhe von Odeillo, wo die Temperaturen bis auf -18°C sinken können. Von November bis Februar sammelte der Kollektor mehr als 30 Prozent der eintreffenden Sonnenstrahlung.

Während einer Typischen Heizperiode lieferte dieses passive System 630 kWh (entspricht 7 Liter Heizöl) pro Quadratmeter Kollektorfläche. Die Trombe-Wand, welche die gesamte Südseite des Hauses bedeckte, kostete seinerzeit etwa 130 Dollar pro Quadratmeter.

1971 wurde ein weiteres Haus mit einer Trombe-Wand an der Maas, in der Nähe der Belgischen Grenze, gebaut. Dieses Haus hatte eine Wohnfläche von 100 m² und besass eine wesentlich bessere Wärmedämmung als das Haus in Odeillo. Die Trombe-Wand dort war aus Beton und hatte eine Dicke von 40 cm und war durch eine Doppelverglasung geschützt. Während das Haus in Odeillo ungefähr 0,5 Quadratmeter Kollektorfläche pro Kubikmeter umbauten Raum hatte, hatte die Wohnung an der Maas  1 Quadratmeter Kollektorfläche pro 2,5 Kubikmeter umbauten Raum. An der Maas sind die Winter weniger hart als in Odeillo, aber der Himmel ist häufiger bewölkt. Die Trombe-Wand lieferte zwischen 40 und 45 Prozent der benötigten Wärme.

Die Residence di Odeillo del 1974

1974 wurde in Odeillo ein Gebäude mit drei Wohnungen gebaut. Auch dieses Haus war von Jacques Michel projektiert worden und auch in diesem Fall sollte das System Trombe zur Heizung und zur Kühlung genutzt werden. Die Fenster waren in den Wandkollektor integriert und Der Beton war tiefblau, rot oder grün bemalt und nicht schwarz. Andere Unterschiede waren zusätzliche Öffnungen im oberen Teil der Trombe-Wand und die Regulierbarkeit der Warmluftströmung sowohl von innen als auch von aussen.

Abb. 5 - Die Résidence mit drei Wohnungen in Odeillo (1974) 

Im Sommer waren die Auslässe so eingestellt, dass die von der Sonne erwärmte Luft im oberen Teil des Kollektors entweichen konnte. Dieser „Kamineffekt“ zog gleichzeitig auch die warme Luft aus den Zimmern, während kühle Luft von der Nordseite her nachströmte, wo ebenfalls Lüftungsöffnungen vorgesehen waren. Auf diese Weise setzte die Sonne auch einen natürlichen Lüftungsprozess in Gang, der an Sommertagen die Wohnungen kühlte.

Abb. 6 - Schnitt und Ansicht des solaren Heizsystems der 1974 gebauten Rèsidence in Odeillo (Sommerbetrieb)

Im Winter waren die Öffnungen so eingestellt, dass die im Kollektor erwärmte Luft direkt in die Zimmer gelangte, wie schon in den vorherigen Häusern der Fall war. Diese Konvektion lieferte auch nachts warme Luft, wenn auch in geringerem Masse. Der umgekehrte Luftstrom, der sich in den frühen Morgenstunden oder bei bewölktem Himmel hätte einstellen können, wurde vermieden, denn die kalte Luft blieb im unteren Teil des Kollektors gefangen. 

Der Wärmedurchgang durch die 40 cm dicke Betonwand dauerte zwischen 8 und 12 Stunden. Für ein gut wärmegedämmte Wohnung empfahl Michel etwa einen Quadratmeter Kollektoroberfläche pro 3,5 Kubikmeter Raumvolumen. 

Solararchitektur in Europa (1)

Solararchitektur in Europa 

Die Solararchitektur in den USA habe ich am Anfang des 20. Jahrhunderts mit der „Solar Box“ des Bostoner Architekt William Atkinson beginnen lassen. Was Europa betrifft, so haben sich Architekten, Ingenieure und Ärzte seit der Renaissance mit der besten Ausrichtung der Gebäude nach der Sonne beschäftigt und sind zum Schluss gekommen, dass in Europa die beste Orientierung die Südausrichtung sei. (siehe meinen Blog zur Geschichte des klimatischen Bauens). Das wusste man aber schon lange vor der Renaissance. Nur in Ermangelung von Fensterglas blieben die Gebäude weitgehend ohne Lichtöffnungen.

Die Solarhäuser des Architekten Rolf Disch in der Siedlung „Am Schlierberg“ in Freiburg im Breisgau (Foto: Rolf Disch)

Als man dann über billigeres und besseres Flachglas verfügte wurden die Lichtöffnungen grösser und man freute sich über die Wärme, die im Innern  erzeugt wird wenn die Sonne durchs Fenster scheint. Aus Erfahrung wusste man, dass Stein- und Ziegelmauerwerk diese Wärme länger speichert als Holz und dass Stroh wärmedämmende Eigenschaften hat. Man wusste aber auch, dass im Winter die Sonne die Ofen- und Kaminheizung nicht ersetzt.

Die Ausrichtung von Gebäuden nach Süden ist jedoch noch keine Solararchitektur, denn Solararchitektur hat zum Ziel, den Energiebedarf von Gebäuden hauptsächlich mit Sonnenenergie zu decken.

Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts wusste man überhaupt nicht genau, was Wärme im physikalischen Sinn  ist. Die Thermodynamik oder Wärmelehre  ist ein Kind des 19.Jahrhunderts und erst mit ihr wurden thermische Prozesse mess- und berechenbar. Natürlich wusste man, dass Sonnenstrahlung Gegenstände erwärmt, aber vor dem 19. Jahrhundert wusste man nicht, dass Sonnenlicht (kurzwellige Strahlung) eine elektromagnetische Energie  ist und wie dieses Licht in Wärme (langwellige Strahlung) umgewandelt wird.

Das grosse Problem der Wärme ist ihre Flüchtigkeit. Von einem höheren Energiezustand (Temperatur) gleitet sie stets in einen niederen ab, sofern nicht neue Energie zugeführt wird. Deshalb ist das Hauptproblem der Solararchitektur nicht das der Wärmegewinnung, sondern das der Wärmespeicherung. Und auf diesem Gebiet hat es an Versuchen nicht gefehlt.

Zu den frühen Beispielen europäischer Solararchitektur gehören die Versuche, die der französische Chemiker, Physiker und Höhlenforschers Felix Trombe (1906-1985) in den östlichen Pyrenäen anstellte. Zusammen mit dem Architekt Jacques Michel baute er dort zwischen 1956 und 1974 eine Reihe von “maisons solaires“ um verschiedene Arten von Wärmegewinnung und -speicherung zu untersuchen.

Ausgelöst durch die Ölkrisen von 1973 und 1979/80 wurden seit den 70er Jahren  schrittweise immer schärfere Gesetze erlassen, um den Energiebedarf von Gebäuden zu verringern, insbesondere durch eine immer effizienteren Wärmedämmung. Eines der Hauptziele der staatlichen Energiepolitik war die Verringerung des allgemeinen Energiebedarfs, insbesondere des Heizungsbedarfs von  Gebäuden, der in Mittel- und Nordeuropa eine grosse Rolle spielt. Diese Energiepolitik gab der Herstellung von Wärmedämmstoffen enormen Auftrieb.

Die beiden Erdölkrisen waren jedoch bald vergessen. Zwar stieg der Erdölpreis zwischenzeitlich (3. Juli 2008) auf 144 Dollar pro Barrel (159 Liter) sank aber im gleichen Jahr (26. Dezember 2008) wieder auf unter 40 Dollar und liegt gegenwärtig bei etwa 50 Dollar pro Barrel. Heute steht mehr billiges Erdöl zur Verfügung als gebraucht wird. Die Gründe: Umstellung der Wärmeerzeugung von Erdöl auf Erdgas, Erschliessung neuer Erdöl- und Erdgaslager dank neuer Fördertechnologien (Tiefseebohrungen, Fracking), Erhöhung der Energieeffizienz von Gebäuden und Transportsystemen.

Die Notwendigkeit einer Erhöhung der Energieeffizienz von Gebäuden wird heute nicht mehr mit der Knappheit von Erdöl und Erdgas begründet wie in den 70er und 80er Jahren als man befürchtete, die Weltreserven konnten bald aufgebraucht sein. Inzwischen hat man zur Aufrechterhaltung und Begründung der Energiesparpolitik die Mär vom supergefährlichen Klimawandel und einer zu erwartenden Klimakatastrophe erfunden.

Die Ursache dieses bedrohlichen Klimawandels glaubt man in der Emission von Kohlendioxid (CO2) erkannt zu haben, die mit jeder  Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas verbunden ist und die zu einer Erwärmung der Atmosphäre führt. Diese globale Erwärmung glaubt man heute auf zwei Grad beschränken zu müssen, obwohl 3-4 Grad bis zum Ende des Jahrhunderts wahrscheinlicher sind, falls sich der hypothetische Zusammenhang zwischen Erwärmung und CO2-Konzentration in der Atmosphäre bestätigen sollte.

Dieses Klimaziel will man durch eine drastische Reduzierung der CO2-Ausstosses, d.h. durch eine drastische Einschränkung des Verbrauchs von Kohle, Erdöl und Erdgas erreichen. Deshalb sollen nun alle neuen Gebäude hochgradig energieeffizient sein, d.h. eine Superwärmedämmung besitzen und möglichst nur noch Elektrizität verbrauchen, die aus Wind- und Sonnenenergie gewonnen wurde.

Einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Energieeffizienz von Gebäuden leisteten in den 80er Jahren der schwedische Architekt Hans Eek und der deutsche Physiker Wolfgang Feist mit der Entwicklung des Passivhauskonzeptes.

Ein Passivhaus ist ein Gebäude dessen jährlicher Wärmebedarf 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter beheizter Fläche (15 kWh/m²a) nicht überschreitet, was ermöglicht auf eine konventionelle Heizanlage zu verzichten und die Räume allein über das Lüftungssystem mit normal warmer Luft zu beheizen. Passivhäuser sind gegenwärtig die energieeffizientesten Gebäude.  

Zum Vergleich: im Durchschnitt verbraucht eine Wohnung in Deutschland <175 kWh/m2a (Wärmeschutzverordnung WSVO 1995), also mehr als zehnmal so viel wie ein Passivhaus. Gebäude, die der WSVO von 1977 entsprechen, verbrauchen sogar <400 kWh/m2a.

Der Energiestandard eines Passivhauses wird in Mittel- und Nordeuropa durch folgende allgemeine Vorkehrungen erreicht, welche die winterlichen Wärmeverluste drastisch einschränken:1) Ausrichtung der Wohnräume gegen Süden (solare Wärmegewinne); 2) möglichst geringe Abkühlungsfläche = optimales Verhältnis zwischen Aussenfläche und Volumen des Gebäudes (A/V); 3) hocheffiziente Wärmedämmung und Luftdichtigkeit der Gebäudehülle; 4) Spezialfenster mit Dreifach-Isolier-Verglasung; 5) mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung.

Seit 1991 wurden in Europa Tausende von Gebäuden im Passivhausstandard errichtet. Anfänglich waren die Baukosten dieser Gebäude wesentlich höher als die vergleichbarer konventioneller Bauten. Weil aber die Bauindustrie sich auf den neuen Energiestandard eingestellt hat, ist die Nachfrage enorm gestiegen und haben sich die Baukosten von Passivhäusern bis heute drastisch verringert. Zudem wird dieser Standard von der Europäischen Union gefördert und ist in manchen Ländern sogar vorgeschrieben.

Heute ist man sogar noch einen Schritt weiter. Der neue Standard heisst „Passivhaus Plus“ und bezeichnet ein Gebäude, das dank Photovoltaik-Anlagen mehr Energie produziert als es verbraucht. Ein solches Gebäude ist zugleich ein kleines Kraftwerk.