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.