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.