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Bestand vs. Neubau: Low Carbon Lifecycle


Gemeinsames Forschungsprojekt DFH/FH Aachen

In Deutschland gibt es 6 Millionen Bestandshäuser wie dieses. Foto: Hans-Rudolf Schulz

 

 

In einem gemeinsamem Forschungsprojekt der DFH Deutsche Fertighaus Holding und der FH Aachen werden zwei baugleiche Bestandsobjekte zukunftstauglich saniert. Eins mit sparsamem, eins mit vollem technischen Einsatz. Parallel dazu im Test die Alternative: der Neubau. Das ambitionierte „Low Carbon Lifecycle“-Arbeitsprogramm entwickelt innovative Bauelemente und Systemlösungen, komfortable, veränderbare Wohnwelten sowie energetische Vernetzungen im Quartier. Großes Ziel: Neubauten wie Bestandsobjekte bezahlbar auf AktivPlus-Niveau zu heben. 

 

DIE IDEE

Welches Potenzial steckt für den Fertighausbau in Bestandsgebäuden? Statt sich wie bisher auf (politisch vage) Vermutungen oder kurzatmige Analysen verlassen zu müssen, sollen Realprojekte Aufschluss geben, welche zukunftsweisenden Lösungen sich für den Wohnhausbestand empfehlen. Die Fallstudie ist anspruchsvoll umfänglich und äußerst realitätsnah. An drei älteren Wohnhäusern sind verschiedene bauliche Maßnahmen vorgesehen: eines wird energetisch saniert (Lowtech), das andere energetisch modernisiert (Hightech), das dritte abgerissen und durch einen Neubau ersetzt. 
Der interaktive Planungsprozess, ein breit gefächertes Monitoring der drei Projekte während der Nutzungsphase und eine abschließende Lebenszyklusanalyse werden Erkenntnisse, Daten und Fakten liefern, welcher Umgang mit Bestandsgebäuden langfristig erforderlich ist. Was ist rentabler: Abriss oder Sanierung? Taugen die Häuser als Kleinkraftwerke? Womit lässt sich nachhaltiger, hochwertiger Wohnraum in städtischem Umfeld bezahlbar realisieren? 
Abriss oder Ersatzneubau scheinen auf den ersten Blick vielversprechender bezüglich energetischer und wohnlicher Qualitäten als die herkömmliche Sanierung älterer Gebäude. Auf den zweiten Blick stellt sich die Frage, ob die nicht unerheblichen Mehraufwendungen für Ressourcen, Primärenergie und Kosten, die bei Abriss/Neuaufbau anfallen, ökologisch zu rechtfertigen sind. Das Forschungsprojekt wird diesen verästelten Konnex sowohl wissenschaftlich als auch praktisch eruieren. 
Ebenfalls ein Novum: die interdisziplinäre, ganzheitliche, vielschichtige Herangehensweise. Natürlich ließe sich vieles über Rechnertools simulieren. Aber zielführender ist das wirkliche Bauen, sind sich alle Beteiligten einig.

 

DIE PARTNER

„Low Carbon Lifecycle“ ist ein erstes gemeinsames Forschungsprojekt der DFH Deutsche Fertighaus Holding AG und der FH Aachen. Industrie trifft Wissenschaft, sprich: Fertighausanbieter und ein interdisziplinäres Team von Architekten, Bauingenieuren, Elektro-, Informations- und Energietechnikern werden gemeinsam sechs Jahre lang intensiv an innovativen Lösungsansätzen für Bestandsgebäude forschen. Miteinander statt nebeneinander heißt die Devise. 

 

DER HINTERGRUND

Mehr als die Hälfte aller Wohnungen hierzulande ist 30 bis 65 Jahre alt. Man ahnt, wie sanierungsbedürftig viele sind. Häufig werden bei solchen Sanierungen zwar die energetischen Kennwerte verbessert, allerdings um den Preis, dass die Ökobilanz und die Wirtschaftlichkeit eher fragwürdig denn positiv ausfallen. 
Ein weiteres Problem: eine desorientierende Vielzahl von Energiestandards mit unterschiedlichen Anforderungen und Zielsetzungen und mit ebenso unüberschaubaren Bilanzebenen (beispielsweise End-, Nutz- oder Primärenergie) und Zeiträumen (beispielsweise Monat, Jahr, Lebenszyklus). Das macht einen direkten Vergleich von Gebäuden, vor allem bezüglich ihrer ökologischen Güte, schwierig bis unmöglich. Aktuelle Wohnraumnachfragen deuten künf-tige Begehrlichkeiten bereits an. Nicht mehr die ländlichen Regionen haben den meisten Zulauf, sondern stadtnahe und städtische Gebiete. Was sich in der Konsequenz in verdichteten Bauweisen – Grundstücke sind ein rares Gut in diesen Lagen – und im Zuspruch für Bestandsgebäude widerspiegelt.
Im Jahre 2012 wurden 15 Prozent aller privaten Wohngebäude in Fertigbauweise errichtet. 20 Prozent davon vom Martktführer DFH. Stand bislang ausschließlich der Neubau von Ein- und Zweifamilienhäusern in den Auftragsbüchern der vier Marken des Unternehmens, gehört zu den angepeilten Zielen, die Kompetenz industrieller Fertigung auch für Sanierungsmaßnahmen, Nachverdichtungen oder für Gebäudeaufstockungen zu nutzen. 

 

DIE FORSCHUNGSZIELE

Über die gesamte Projektlaufzeit werden die Bauvorhaben untersucht auf

– ihre Nutzungsqualität,

– ihre Ökobilanz,

– die Amortisationszeit der aufgewendeten Primärenergie und

– die langfristige Wirtschaftlichkeit.

Als Bewertungsparameter dienen probate Zertifizierungssysteme, beispielsweise der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB) oder das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB) – allerdings modifiziert für Bestandsgebäude. 
Ein weiteres elementares Anliegen des Projekts: ein innovatives Wandsystem zu entwickeln, das statische, energetische und gebäudetechnische Lösungen in sich vereint und möglichst vollständig recycelbar ist. Proklamierter Ehrgeiz aller Beteiligten ist es, das AktivPlus-Konzept auf Bestandsgebäude zu übertragen. 
Bei den drei Projekthäusern soll der Primärenergieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus hinweg minimiert werden, unter Beachtung der ökologischen, ökonomischen und sozialen Folgen. Den verbleibenden Energiebedarf wollen die Akteure möglichst autark und regenerativ decken. 
Der ökologische Fußabdruck ist bei diesem Forschungsprojekt das wichtigste Bewer-tungskriterium. Die Ökobilanz, zugleich Basis der abschließenden umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung, wird für den gesamten Lebenszyklus der Gebäude erstellt. Was bedeutet: Alle eingesetzten Produkte und Materialien werden in folgenden Stadien genauestens analysiert:

– Rohstoffgewinnung,

– diverse Transportwege,

– Herstellung von Baustoffen/Bauteilen,

– Einbau,

– Nutzung und eventuell Instandsetzung,

– Rückbau, 

– Recycling/Nachnutzung,

– Entsorgung.

 

VARIANTE LOWTECH-SANIERUNG

Eines der Bestandsgebäude soll „lowtech“ saniert werden. Der Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung eines Prototypen, bei dem sich die effiziente, effektive energetische Sanierung auf die Gebäudehülle fokussiert, unter möglichst geringem Einsatz von Primärenergie und Technik. Es wird also bewusst auf komplizierte Technisierung verzichtet, stattdessen greift man auf einfache, ausfallsichere, passive Wirkprinzipien zurück. Beispielsweise Bauteilaktivierung und Nachtauskühlung. Beabsichtigt ist, um die alte Gebäudehülle herum ein neues, modulares System aus Außenbauteilen zu errichten. Das Hausinnere soll bis auf kleinere Eingriffe (etwa Verlegung der Versorgungsleitungen) erhalten bleiben.
Es wird angestrebt, das vorrätige Verteilungssystem für die Wärmeversorgung weiterhin zu nutzen. 
Die wird natürlich auf alternative Energieträger umgestellt (Biogas, Biosprit, Bioethanol) und durch eine solarthermische Wassererwärmung erweitert. Als aktive Speichermasse für den Innenraum könnte PCM (Phase-Change-Material) dienen. Für die Stromversorgung bietet sich eine Photovoltaik-Anlage an.

 

VARIANTE HIGHTECH-SANIERUNG

Der Forschungsschwerpunkt der Hightech-Variante hat die Umsetzung von aktiven Systemen und Technologien im Blick, die das zweite Bestandsgebäude in ein komfortables, bilanziell energieautarkes Wohnhaus verwandeln. Das mit seinem Gesamtkonzept einem Neubau adäquat ist.
Dazu wird es zunächst entkernt und die Gebäudetechnik vollständig zurückgebaut. Die Tragstruktur bleibt erhalten, ergänzt durch ein innovatives äußeres Wandsystem – vermutlich drückt das den Primärenergiebedarf unter den eines Neubaus. 
Das neue Wandsystem wird im Unterschied zur Lowtech-Variante dem höheren Technisierungsgrad angepasst. Modernste Haustechnik optimiert Wohnkomfort und Gebäudebetrieb, wobei sich die einzelnen Komponenten über Sensoren automatisch regeln und dem Nutzerverhalten anpassen lassen. 
Ziel ist, die notwendige Energie zum Großteil regenerativ vor Ort zu erzeugen, zu speichern und selbst zu verbrauchen. Möglicherweise wäre eine automatische zentrale Steuerung beziehungsweise Programmierung hausinterner Verbräuche sinnvoll. Ebenso den selbst erzeugten Strom lokal zu speichern, um das öffentliche Stromnetz nur in Ausnahmefällen zu nutzen.

 

VARIANTE NEUBAU

Der Innovationsanspruch für den Neubau, der im Idealfall auf einem gemeinsamen Grundstück neben den beiden Bestandsgebäuden Platz finden soll und als Ersatzneubau – der Abbruch des Vorgängers wird rechnerisch simuliert – in die Gesamtbilanz eingeht: Mit einem reduzierten Primärenergieaufwand und mittels modernster Technologien entsteht aus einem modularen Konstruktionssystem ein Prototyp mit Serienreife für ein ganzheitlich optimiertes Wohngebäude. Weitere Qualitäten des Bauwerks: Es wird ressourcenschonend, ökologisch unbedenklich, vollständig trenn- und recycelbar ausgeführt, möglicherweise teilweise aus recycelten Materialien. 
Die Freiheiten beim Gebäudeentwurf eröffnen Freiheiten bei der Raumstruktur. Nutzungsflexibel lautet das Gebot der Stunde, um auf spätere demografische Veränderungen regieren zu können. Denkbar wäre die Teilung in zwei Wohneinheiten, mindestens eine davon barrierefrei. 
Das neue Wandsystem übernimmt als multifunktionales Bauteil sowohl konstruktiv tragende und aussteifende als auch bauphysikalische Aufgaben. Außerdem die technische Versorgung, die bedarfsgeregelte Raumkonditionierung, die kontrollierte Tageslichtversorgung und die aktive Energieerzeugung. Der Neubau reduziert passiv seinen Energiebedarf und sorgt aktiv für einen effizienten Betrieb, indem er selbst Energie produziert, speichert, verteilt und geregelt verbraucht. Strom und Wärme sollen komplett lokal und regenerativ erzeugt sowie gespeichert werden – ganz im Sinne einer bilanziellen Autarkie.

 

DiIE UMSETZUNG

Auf der Agenda stehen zwei frei stehende, verschattungsfreie, zweigeschossige Einfamilienhäuser aus den 50er- bis 70er-Jahren auf benachbarten Grundstücken, die nach ihrer Zusammenlegung Platz bieten für den Neubau. Löblich wären eine kompakte Gebäudekubatur und eine optimierte Ausrichtung. Nach Fertigstellung der Bauvorhaben, für die ein Zeitraum von drei Jahren vorgesehen ist, ziehen DFH-Kundenfamilien für weitere drei Jahre in die Häuser ein. 
Bei dem begleitenden umfänglichen Monitoring werden nicht nur die Energieverbräuche beachtet, sondern die gesamte Performance der drei Gebäude, inklusive Konstruktion (beispielsweise Verformungsmessungen), die Wohnqualität, die Bedienbarkeit der Gebäudetechnik, die Fehleranfälligkeit et cetera. Der Anlagenbetrieb wird kontinuierlich aufgezeichnet, um das gewählte Konzept zu überprüfen und Betriebsoptimierungen vorzunehmen. 

  


Die Denkwerkstatt

 

 

DER ARCHITEKT

 

Prof. Jörg Wollenweber (Jahrgang 1970) lehrt, von der TU Darmstadt kommend, seit 2010 an der FH Aachen. Sein Spezialgebiet: Holzbau und nachhaltiges Bauen. 

Prof. Wollenweber, das „Low Carbon Lifecycle“-Projekt der FH Aachen und der DFH reicht weit über eine punktuelle Zusammenarbeit hinaus. Eine solche strategisch orientierte Partnerschaft von derartiger Intensität findet man nicht alle Tage.

Prof. Jörg Wollenweber: Im Architekturbereich selten bis nie. Der Holzhausbau ist in der Regel Angelegenheit von maximal mittelständischen Handwerkerfirmen. Die DFH ragt da schon allein mit ihren Stückzahlen von jährlich über 2.000 Häusern heraus, bei ihr kann man ohne Mühe von industrieller Fertigung sprechen. Sie nimmt avanciert Geld für Forschung in die Hand, um sich aus dem tagesaktuellen Baugeschäft herauszuzoomen und den wirtschaftlichen, innovativen Gestaltungsspielraum der Zukunft auszuloten. Solche Projekte funktionieren nur, wenn man vehement um Konzepte und Details streiten kann, aber einig ist im Geiste. Beide Partner denken strategisch, beide denken sozial ambitioniert, beide denken systemisch – an ein Massenprodukt.

Massenprodukt ist für Architekten eher ein Fremdwort.

Wenn wir wollen, dass sich mehr Eigentümer die Ertüchtigung ihrer Häuser leisten können, dass sie viel eher als derzeit bereit sind zu investieren, müssen wir einfache Lösungen anstreben, kostenbewusste, massentaugliche. 

Wie zufrieden darf man mit dem Repertoire an Alltagsarchitektur in Deutschland sein?

Der Wohnungsbaubestand ist guter Durchschnitt. Die Grundrisse und Schnitte aus früheren Zeiten sind mehrheitlich immer noch praktikabel und zu gebrauchen. Aus konstruktiver Sicht macht es einen gewaltigen Unterschied, ob sie im Sauerland, in Hamburg oder in Bayern stehen. Die Anforderungen an die Sanierung differieren regional stark. Nichtsdestotrotz gibt es für mich quer durch alle Konstruktionsweisen eine Maxime: Wir sollten uns wieder auf Einfachheit und Robustheit besinnen, eine zu starke Technisierung vermeiden. 

Eine Sanierung haben wie viele deutsche Bestandsgebäude nötig?

90 Prozent.

Weshalb hat das Forschungsteam Siedlungshäuser aus den 50er- und 60er-Jahren präferiert?

Sie müssen sich derzeit vor allem in ländlichen Gebieten auf neue Bewohner mit neuen Ansprüchen – häufig junge Familien – einstellen. Ich würde den Zeitraum gern noch ausdehnen auf Bauten, die zwischen 1949 bis 1980 errichtet wurden. Damit hätten wir gleich drei Baualtersklassen im Portfolio und das Gros der Gebäude – in dem Zeitraum entstanden gut 55 bis 60 Prozent. Aus Forschungssicht haben die früheren Gebäudejahrgänge wiederum ihre Berechtigung: Sie stehen respektable 50 Jahre und länger, wir müssen also nicht fürchten, zu früh in ihren Lebenszyklus einzugreifen und womöglich Ressourcen zu vernichten, die noch in den Gebäuden stecken. Sie energetisch und strukturell zu verändern, finde ich legitim. Als Wohnadresse sind sie sehr begehrt. Vielerorts haben sich die einstigen Rand- in grüne, zentrumsnahe Lagen verwandelt.

Sie billigem jedem Gebäude eine Zukunft zu, egal wie schön oder hässlich?

Beim Urteil schön oder hässlich – beides eh sehr subjektiv – lassen wir uns gern von der Fassade blenden. Die Fassade ist nur Fassade, die Struktur dahinter zählt. Wenn die intakt ist, darf sie fortbestehen. Es wäre pure Energieverschwendung, sie abzureißen. Die soziale Akzeptanz von Gebäuden ist für mich ein ganz wichtiger Aspekt der Nachhaltigkeit. Effizienz, Lebenszyklus, Emissionen – alles gute und richtige Nachhaltigkeitskriterien. Aber unbedingt auch: Wie gehen Bewohner mit dem Haus um, wie funktioniert es für sie, mögen sie es, sind sie fürsorglich mit ihm?

Worauf sind Sie am meisten neugierig bei dem Projekt?

Auf die Lowtech-Variante. Ob und wie uns mit wenig Aufwand verallgemeinerungsfähige, solide effiziente Lösungen gelingen.

Weil Sie an die Wirtschaftlichkeit denken?

Auch das, natürlich. Ich erwäge aber auch die Gebrauchstauglichkeit eines Gebäudes. Je höher ich es technisiere, umso schwieriger könnte seine Handhabung für die Bewohner werden. Was sollen wir mit Gebäuden für Spezialisten?

Dann wird Ihnen das begleitende soziologische Monitoring sympathisch sein.

Ich bin sehr gespannt auf die Aussagen zum Nutzerverhalten, auch an der Stelle betreten wir Neuland. Da die drei Familien rotieren sollen, also nach jeweils einem Jahr die Häuser wechseln, werden wir erfahren, wie sie auf die unterschiedlichen Gegebenheiten reagieren. Meine Hoffnung: dass sie schnell vertraut werden mit den Häusern. Dass sie intuitiv mit den technischen Komponenten umgehen – so, wie wir es mit Smartphones tun. Dass die Gebäude Fehler verzeihen.

Welche Rolle spielt der AktivPlus-Gedanke?

Die Idee, Gebäude beteiligen sich aktiv an der Ressourcenminimierung und an einer Verringerung der Energieaufwendungen, ist schon großartig. Erst recht, wenn sie einen Beitrag für andere leisten. Das muss sich nicht zwangsläufig auf Energieaustausch beschränken. Eine baukulturelle Bereicherung ist manchmal sogar mehr wert. Ich würde die drei Gebäude gern zu einem Miniquartier verbinden. Die noch offene Frage ist, was jedes Haus in diesem Verbund konkret zu leisten vermag. Welches Wohn- und Nachbarschaftsverhalten der auslöst. Ein hypothetischer, wenngleich verlockender Gedanke: die Gebäude als Mittler für eine respektvolle, kommunikative, unegoistische, teilungsbereite Nachbarschaft.

Können Bestandsobjekte auf AktivPlus-Niveau sein?

Nein. Aber mit dem richtigen energetischen und sozialen Konzept können sie es werden. Mal abwarten, ob unsere wirtschaftlichen und Lebenszyklusbetrachtungen bei den drei Häusern den notwendigen Aufwand dafür rechtfertigen.


Prof. Peterson, was ist das Spannende für Sie an dem Forschungsprojekt „Low Carbon Lifecycle“?

Prof. Leif-Arne Peterson: Die Chance, über die Zukunft des Bauens an drei konkreten Hausvarianten nachzudenken. Nicht eindimensional, sondern ganzheitlich, komplex, für die gesamte Lebensdauer der Häuser. Ich gebe zu, diese 1:1-Übersetzung von theoretischen Konzepten und Kalkulationen in praktische, lebensechte Szenarien, die noch dazu gemonitort werden, ist eine Glücksstunde für uns Wissenschaftler. Die beteiligten Akteure entwickeln die Lösungsansätze im Team, können die Stellschrauben selbst justieren und eine solide Bewertung der Ergebnisse vornehmen.

Ihr spezieller Part ist die Wandkonstruktion. Muss, wer über ökologisch achtbare Häuser für die Zukunft nachsinnt, zwingend eine neue Wand erfinden – wie Sie das gemeinsam mit der DFH tun?

Eine gute Hülle funktioniert aus sich heraus. Sie benötigt wenig technische
Aktivierung, um behagliche Räume zu schaffen. Eine bauphysikalisch durchdachte, für den klimatischen Jahresgang optimierte Hülle bestimmt maßgeblich mit, ob man in Wechselwirkung mit einer wirtschaftlich sinnvollen Haustechnik einen Energieüberschuss erwirtschaftet. Wenn es uns gelingt, sie energieunaufwendig aus ökologischen Baustoffen herzustellen, die auf das konkrete Haus abgestimmten technischen Gebäudeapplikationen in ihr unterzubringen und sie zusätzlich zur aktiven Energiegewinnung zu nutzen, dann ist uns etwas Zukunftstaugliches gelungen. Natürlich behalten wir bei all dem – der Projekttitel „Low Carbon“ verweist darauf – die Treibhausgasemissionen bei den Herstellungs-, Transport- und Betriebsprozessen im Blick. Wie auch, ob sich die verwendeten Materialien nachnutzen oder recyceln lassen.

Stichwort Materialien: Welche halten Sie für besonders tauglich für Ihre Wand? 

Wir arbeiten an einem Verbund unterschiedlicher Materialien. Bitte nicht verwechseln mit einem herkömmlichen Wärmedämmverbundsystem. Und bitte keine genauere Antwort erwarten – wir stecken noch mitten in der Arbeit und wollen die Innovation zum Patent anmelden.

Gut, bleiben wir allgemeiner. Wie steht's um die Klassiker Ziegel, Beton, Kalksandstein? Haben die eine Zukunftschance, wenn die energetische Gesamtbilanz über die Lebensdauer und die graue Energie erstellt wird?

Ich stelle ihre Daseinsberechtigung nicht infrage. Jeder dieser etablierten Baustoffe besitzt akzeptable Eigenschaften. Denken Sie nur mal an ihre Dauerhaftigkeit und die Wohnqualitäten, die sie bieten. In sinnvollen Kombinationen, beispielsweise in Werkstoffverbunden, werden selbst bei ausgeprägtem Nachhaltigkeitsstreben ihre speziellen Stärken auch künftig gefragt sein. Außerdem glaube ich nicht, dass die Energiekosten in absehbarer Zeit rechtfertigen, auf diese dauerhaften Baustoffe zu verzichten. Ich hoffe vielmehr, dass wir ausreichend regenerative Energien aktivieren, um sie uns auch weiterhin leisten zu können.

Bei ressourcenschonender Achtsamkeit denkt man reflexhaft an: Holz.

Holz ist mein bevorzugtes Material. Ich hüte mich aber davor, es durchzuwinken. So viel neutraler Forschergeist muss sein. Eine 100-prozentige Holzwand hätte Probleme, den notwendigen Schallschutz in mehrgeschossigen Wohngebäuden – auch für die soll die Wand taugen – zu gewährleisten.

Selbst bei nur anteiliger Holzverwendung – um unsere heimischen Wälder ist Ihnen nicht bange?

Wer hat das Postulat der Nachhaltigkeit vor über 300 Jahren eingeführt? Richtig, die Forstwirtschaft. Ich gehe davon aus, dass dem Wald auch künftig nicht mehr genommen wird als nachwächst. Zertifizierungssysteme wie FSC oder PEFC machen diese Fürsorglichkeit zunehmend transparent. Klimapolitisch wäre eine Aufforstung erstrebenswert. Wenn es uns gelingt, den bundesweit jährlichen Holzzuwachs von etwa 70 Millionen Kubikmeter kaskadenartiger zu nutzen – also möglichst wenig unmittelbar wieder thermisch zu verwerten, sondern dauerhaft stofflich in Holzkonstruktionen zu binden –, hätte das eine klimatisch sinnvolle CO2-Speicherung zur Folge. Immerhin etwa 1 Tonne je Kubikmeter Holz.

Was macht die größte Kopfarbeit bei der Wand?

Die Anschlussbereiche, wie immer im Holzbau. Da ist Akribie fürs Detail gefragt, um eine geschmeidige Montage zu gewährleisten. Die DFH produziert industriell in Serien. Serienreife ist ein wesentlicher Schwerpunkt des Forschungsprojekts.Kein neues Problem, aber eben auch für uns von Belang: das Wandsystem schlank halten und trotzdem tragfähig machen. Was sich auch nicht ignorieren lässt: Es ist nicht ohne, jede Menge kluger Ideen von einer Menge schlauer Köpfe in so einer einzigen Wand unterzubringen – und daraus ein geregeltes Bauprodukt zu generieren.

Exorbitante Dämmungen, wie derzeit üblich, sind für viele Experten ein Reizthema. Erst recht beim AktivPlus-Standard, der ja auch bei Ihnen eine Projektzielmarke ist.

Klar können Sie sich ein riesiges Windrad und einen Megableiakku in den Garten stellen und damit ein Glashaus bedarfsgerecht heizen oder kühlen. Ob eine solche energetische Vollautarkie gesamtgesellschaftlich erstrebenswert und für einen Normalverdiener in absehbarer Zeit erschwinglich ist, wage ich zu bezweifeln. Stellen Sie sich vor, Sie würden ständig durch Ihr Leben joggen, nie stehen bleiben – dann brauchten Sie keine Kleidung. Nur ziemlich viel Nahrung. In der kalten Jahreszeit macht eine Wärmedämmung durchaus Sinn. Sollte sie die Architektur des Hauses beeinträchtigen, würde ich für eine Vakuumdämmung plädieren, statt ganz auf die Dämmung zu verzichten. Die dadurch für das Haus überflüssige Windenergie lässt sich sicher an anderer Stelle verwenden. 

Um verwertbare Ergebnisse zu erlangen, müssen die drei „Low Carbon Lifecycle“-Gebäude vergleichbar bleiben. Das Wandsystem wird folglich bei allen drei Häusern verwendet?

Ja. Es ist eine universelle Wand. Wahrscheinlich wird es bei den Gebäuden unterschiedliche Anforderungen an die Tragfähigkeit geben, darauf müssen wir mit variierenden Stärken einzelner Schichten oder des gesamten Wandaufbaus reagieren. Ich kann mir vorstellen, dass bei der Low- und der Hightech-Variante die Wand sowohl funktional als auch gestalterisch zugleich als Fassade dient. Wenn es uns gelingt, ohne nennenswerte gestalterische Nachteile den Wandaufbau aufzudoppeln, wird das schlussendlich gesamtbilanziell günstiger sein, als vorhandene Wände einzureißen und in den Stoffkreislauf zurückzuführen – was ja energetischen Aufwand bedeutet. Alternatives Denkmodell: Die alte Tragstruktur wird komplett ersetzt, weil eine schlankere Wand gestalterisch vorteilhafter wäre. Wir werden umsichtig abwägen müssen. 

Die DFH errichtet ihre Fertighäuser traditionell in Ständerbauweise. Hat die ein Bleiberecht in Ihren Neue-Wand-Strategien?

Mit der bewährten Holzrahmenkonstruktion liegt die Latte für uns sehr hoch. Hinsichtlich Tragfähigkeit, Transport, Montage fordert sie uns Bestleistungen ab, wenn wir mit dem neuen Wandsystem konkurrenzfähig sein wollen. Es ist eine solide Bauweise, die mit außerordentlich geringem Ressourceneinsatz das Tragverhalten von stab- und plattenförmigen Werkstoffen optimiert. Ich kann mir eine vielversprechende Zukunft für sie vorstellen: so sich ökologische Teilkomponenten und Herstellungsverfahren auch ökonomisch konsolidieren.

Was würde auf Ihrer Wünsch-dir- was-Positivliste für die Wandkonstruktion eines Hauses 2050 stehen?

Ich bin jetzt mal ganz Ingenieur: Sie muss funktional, also statisch und bauphysikalisch leistungsfähig sein. Preiswert. Ökologisch. Nachhaltig.


Prof. Döring, das „Low Carbon Lifecycle“-Projekt ist so verzahnt, dass sich kein Spezialist in seinem Fachgebiet verlieren kann.

Prof. Bernd Döring: Wir haben alle große Lust auf dieses Teamspiel. Jede Komponente an den Bauwerken muss sich zu einem harmonischen Gesamtsystem fügen. Wird beispielsweise etwas an der Außenwand verändert, kann ich das als Techniker nicht teilnahmslos zur Kenntnis nehmen, sondern muss blitzartig reagieren: Welche Konsequenzen hat das für die Haustechnik? Entscheide ich mich für ein konkretes Subsystem, muss ich den Aufwand hinterfragen, der in der Herstellung steckt, die Umweltauswirkung. Wie langlebig ist es? Ist ein sauberer Rückbau möglich? Alles muss vom Anfang bis zum Ende, vom Aufbau bis zum Rückbau gedacht werden.

Sie müssen bei dem Projekt mit der Technik leben, die der Markt bereitstellt.  

Wenn Sie jetzt von mir das große Jammern erwarten – das fällt aus. Es gibt ausreichende Wirkprinzipien und Systeme, alte wie neue. Der Transport von Wärme über ein wasserführendes System ist alt. Aber leistungsfähig, sicher und preiswert. Das muss man nicht abschaffen. Neu dazugekommen sind sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten: reduzierter Heizwärmebedarf in Verbindung mit Wärmepumpe und passenden Energiequellen. Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken. Thermische Wärmepumpe mit Adsorption (Zeolith). Im Bereich Messen – Steuern – Regeln hat sich viel getan, obgleich die Praxis hier noch zu selten das Optimum realisiert. 

Stichwort Optimum: Ist die energetische Autarkie über die Jahresbilanz eine reale Zielmarke oder eher übermütige Vision?  

Gebäude sind relevante Energieverbraucher, sie können bei entsprechender technischer Ausstattung künftig vielleicht auch relevante Energieerzeuger werden. Eine Null in der Jahresbilanz ist dabei eine wichtige Zielmarke. Ich kenne auch keine grundsätzlichen physikalischen Barrieren. Die bilanzielle energetische Autarkie für das einzelne Gebäude wäre aber zu kurz gesprungen. Nicht das autistisch funktionierende Haus, sondern der Austausch von Strom, Gas, Wärme im Siedlungsgebiet sollte uns bekümmern. Die Infrastruktur für diese energetische Vernetzung ist vorhanden.  

Können Sie sich vorstellen, dass Bestandsobjekte mehr Energie erzeugen, als sie benötigen?

Schwer. In der Fachwelt wird derzeit ein Grundprinzip diskutiert: Neu hilft Alt. Das setzt voraus, dass im Neubau Systeme der Kraft-Wärme-Kopplung installiert sind. BHKW oder Brennstoffzelle. Tendenziell hat man da ganz schnell zu viel Wärme. Die lässt sich ins örtliche Nahwärmenetz schicken, sodass durch vergleichsweise kleine Eingriffe in den Bestand die Energiebilanz deutlich verbessert werden kann. Die Transformation eines Altbaus durch aufwendige Dämmung et cetera in ein Passivhaus ist zwar möglich und auch mehrfach realisiert worden. Aber Nachhaltigkeitsbewertungen haben aufgezeigt: Diese Lösungen liegen jenseits des Optimums.

Wenn Sie Ihren Baukasten ausbreiten: Gibt es für Sie Techniklösungen, die aus jetziger Sicht für alle drei Projektvarianten unverzichtbar sind?

Die Frage ist zu früh gestellt, das entscheidet sich, wenn wir die Bestandsobjekte kennen. Beim Neubau werden wir mit Augenmaß aus dem Vollen schöpfen. Gelingt es uns, den Wärmebedarf in den beiden Althäusern herunterzuschrauben, bietet sich die Wärmepumpe an. Dann müssen wir nur den passenden Weg finden, die Wärme im Gebäude zu übergeben. Bei der Lowtech-Variante unter Umständen problematisch, wenn keine Fußboden- oder Deckenheizung machbar ist. Wenn wir höhere Temperaturen im Heizsystem benötigen, müssen wir uns von der Wärmepumpe verabschieden. Diese höherkalorische Wärme möglichst effizient und möglichst regenerativ zur Verfügung zu stellen, könnte heißen: Solarthermie mit entsprechenden Speichertechniken. Letztere sind noch entwicklungsbedürftig. Selbst thermische Speicher, obgleich simpel, haben ihre Tücken: große Tankvolumina und relativ aufwendige Dämmung.
Eine Alternative, um Energie langfristig zu speichern, wäre in chemisch gebundener Form, beispielsweise aus Biomasse oder Hydrolyse, um dann mittels Zeolith-Gasheizungen, Kraft- Wärme-Kopplung oder Brennstoffzelle möglichst effizient eingesetzt zu werden. Wenn Wärme und Strom gleichzeitig von einem System erzeugt werden, kann ich akzeptieren, dass die Wärme aufwendiger produziert wird. Hauptsache, das Gesamtsystem ist effizient. 

Der Wärmepumpe geben Sie eine reale Chance in den Häusern von morgen?

Eigentlich ist es ineffizient, hochexergetische Energie für Wärme von knapp über 20 °C zu nutzen. Wird der Strom grüner, macht das die elektrische Wärmepumpe wieder interessanter. Mittlerweile hat sie in etwa einem Viertel der Neubauten Platz gefunden. Ihre Komplexität wird fatalerweise unterschätzt. Hausherren klagen beispielsweise über verstopfte Erdwärmesonden, falsch dimensionierte Komponenten, fehlende Warnsysteme bei Problemen et cetera. Ein Gebäude mit Wärmepumpensystem reagiert empfindlicher auf Fehler als eines mit konventionellem Brenner. Erst wenn alles gut passt, wird ein effizientes System daraus. Daran müssen wir arbeiten: an einer Gebäudehülle, die zu einer niedrigen Heizlast führt. Die wiederum in Verbindung mit dem richtigen Flächenheizsystem niedrige Vorlauftemperaturen erlaubt. Um eine maximale Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe zu erzielen, muss eine ergiebige Wärmequelle vorhanden sein. Die mit einer optimalen, für den Laien bedienbaren Regelungstechnik zugleich das Problem der Warmwasserbereitstellung über das ganze Jahr löst. Im Übrigen sind auch thermische Solarkollektoren längst nicht ausgereizt. In Verbindung mit saisonalen Speichern besitzen sie erhebliches Potenzial.

Die Wärmepumpe würden Sie mit einer Lüftungsanlage komplettieren?

Lüftung muss gut bedacht werden. Bei gut gedämmten Gebäuden hinterlassen Lüftungswärmeverluste wesentliche Spuren in der Bilanz. Aus der Gebäudedichte und Temperaturdifferenzen innerhalb der Konstruktion könnten Probleme entstehen, die eine kluge Lüftungsanlage zu verhindern weiß. Bei der Lowtech-Sanierung lautet der Konsens, die bestehende Gebäudestruktur nicht zu erschüttern. Lüftungskanäle wären damit tabu. Wir stehen also vor der kniffligen Frage: Gelingt uns eine effiziente Gebäudelüftung ohne zentrale Lüftungsanlage?

Was scheint Ihnen derzeit die größte Hürde, die Sie zu nehmen haben?

Die Lüftung. Wenn wir die gut hinbekommen, dann haben wir energetisch etwas geleistet, den Komfort und die Hygiene im Gebäude verbessert. Noch sind viele Hausbewohner mit ihren Lüftungsanlagen nicht sonderlich zufrieden.

Solarenergie steht in Ihrem aktuellen Ranking vor allen anderen regenerativen Elementen?

Für kleine Windkraftanlagen gibt es gute technische Ansätze, aber auch deutliche Probleme. Wenn Sie in ein Gebäude plötzlich eine dynamische Last einführen, findet das die Statik überhaupt nicht schick. Geothermie ist natürlich eine Option für unsere Projekthäuser, zumal, wenn die Wärmepumpe das Rennen gewinnt. Dürfen wir bohren? Das wird der konkrete Standort entscheiden.

Wenn Sie sich etwas wünschen dürften?

Eine weitgehende Ausstattung der Gebäudehüllen mit aktiven solaren Komponenten, um damit praktisch 365 Tage im Jahr Energie sicher zu gewinnen. Effizientere Batteriespeicher. Für die thermische Speicherung vor allem durchschlagende ökologische Lösungen. Für die Häuser 2050: Was, bitte, sind fossile Energien?

Welche haustechnischen Innovationen der jüngeren Zeit fanden Sie besonders löblich?

Der Preisverfall der Photovoltaik-Elemente macht wahrscheinlich, dass aktive Solarenergienutzung regulär für jedes Gebäude wird. Auch bei unserer Low-tech-Variante. Ob dort der Pfad Wärme oder der Pfad Strom der bessere ist, muss sich zeigen. Außerdem stimmt mich die Weiterentwicklung der Kraft-Wärme-Kopplung froh, jetzt auch endlich in Gestalt von Mini- oder Microeinheiten. Es gibt jetzt auch Heizkesselkombination mit Brennstoffzelle zu kaufen. Das Prinzip ist stark genug, um auf deutliche Kostenreduktionen hoffen zu dürfen. Im Gegensatz zum klassischen BHKW. In dem stecken jede Menge mechanischer Teile, da muss sehr präzise gearbeitet werden, es sind hohe Temperaturen zu beherrschen – insgesamt leider eine teure Angelegenheit.  

Sie verkneifen sich jegliche Denkverbote?

Es wäre eine vertane Chance, würden wir uns mit technischen Fixpunkten knebeln. Ziel des Forschungsprojekts ist es, plausible Methoden zu entwickeln, die hinreichend bewerten, was wir tun. „Besser“ überhaupt quantifizierbar zu machen und diesen Grundkonsens auf eine breite Basis zu stellen. Um daraus Lösungen zu generieren, die auf lange Sicht tragfähig sind.

Der Anspruch für das „Low Carbon Lifecycle“-Projektteam lautet: Nachhaltigkeit.

Sie ist der Schlüssel für die Zukunft. Ganz im Sinne des kategorischen Imperativ Immanuel Kants: „Handle nur nach derjenigen Maxime, durch die du zugleich wollen kannst, dass sie ein allgemeines Gesetz werde.“ 


 

 

DER PHYSIKER

 

Dr. Joachim Göttsche, von Haus aus Physiker, ist seit 2000 am Solarinstitut Jülich der FH Aachen. Er leitet die Abteilung effektive Energienutzung

Dr. Göttsche, die Zusammenarbeit mit der Industrie ist für Ihr Institut eigentlich eine alltägliche Angelegenheit.

Dr. Joachim Göttsche: Meist müssen wir die Industrie von unseren tollen Ideen überzeugen, hier kam sie mit der DFH erstmals auf uns zu: Wir sind auf Innovationskurs, könnt ihr uns unterstützen? Wenn man merkt, da will jemand etwas ernsthaft bewegen, fühlt man sich sehr motiviert, seinen Geist anzustrengen. 

Was werden Sie konkret beisteuern? 

Wie kriegt man die Sonne am besten in die Häuser? Simulationsberechnungen, die über energetische Aspekte hinaus den Faktor Behaglichkeit wertachten. Reichhaltige Messtechnik, um die Gebäude zu qualifizieren: Blower-Door-Analysen, Thermografiekamera, Energiemonitoring et cetera. Vorschläge für das austarierte Zusammenspiel von aktiven und passiven Komponenten. Viele innovative Projekte sind gescheitert, weil zu komplexe Technik den Nutzer überfordert hat. Wie also macht man ein Konzept schlicht und robust? Unempfindlich gegen Klimaveränderungen und Schwankungen im Nutz-erverhalten? Gegen zu erwartende Restriktionen des Energiesektors? Ohne dass die Kosten aus dem Ruder laufen?

Der Umstieg auf regenerative Energien ist nicht mehr auszubremsen. Erleben wir den Beginn einer neuen Menschheitsepoche oder nur eine kurze Episode?

Über Zehntausende Jahre hat, auf niedrigem Level, eine Solarwirtschaft existiert. Ihr folgte ein Push mit fossiler Energie, der sich auf maximal 100 bis 200 Jahre beschränkt. Weil er – nun folgt die schöne Vision – verdrängt wird vom Zeitalter der Regenerativen. Das den Menschen über Jahrtausende alle notwendige Energie bereitstellen kann.

Machen wir mal kurz weiter mit dem Blick in die Zukunft. Wann ist damit zu rechnen, dass wir jenseits ökonomischer Belastung mit Freude regenerativ aus dem Vollen schöpfen können?

Wir werden nie mehr verschwenderisch mit Energie umgehen können, wie etwa in den 60er-Jahren. Es verlangt immer Aufwand, sie einzusammeln. Die Häuser der Zukunft werden ihre notwendige Energie selbst aktivieren. Beim „Low Carbon Life-cycle“-Projekt agieren Sie im Vorfeld relativ vorsichtig, Sie sprechen nicht explizit von EnergiePlus-Häusern. Wir bewegen uns in dem üblichen Dreieck wirtschaftlicher, ökologischer, technischer Randbedingungen. Grundsätzlich wäre es machbar, mit der Solarenergie, die auf eine entsprechende Gebäudehülle trifft, das Haus komplett zu versorgen. Die Krux: zu viele Überschüsse im Sommer. Es wäre kontraproduktiv, solche Modelle zu verallgemeinern. Gehen wir lieber einen Schritt zurück und reduzieren die Kosten auf ein für den Bauherren motivierendes Maß. Untersuchungen zeigen, dass bei angestrebter 100-prozentiger energetischer Eigenversorgung 90 Prozent der Kosten allein dafür aufgewendet werden, um noch fehlende 10 Prozent Energie zu generieren. Begnügt man sich von vornherein mit 90 Prozent solarer Deckung, sieht der finanzielle Aufwand schon bedeutend vernünftiger aus. Aber der Betrieb solcher Anlagen ist nur ein Aspekt. Der Blick auf die gesamte Lebensbilanz wird zeigen, welches Modell das perspektivisch überzeugendste ist.

Solartechnik haben Sie für jedes der drei Hausprojekte im Programm.

In verschiedenen Größenordnungen. Bei Photovoltaik ist es heute sinnvoll, die Anlagen so zu dimensionieren, dass die gesamte Strommenge im Haus verbraucht wird. Das ist wirtschaftlich klug, weil der eigene Strom günstiger ist als der von den Stadtwerken. Ob man Energie noch aus dem Haus heraus exportiert – abwarten. Das klingt jetzt noch nicht rasant neu. Die eigentliche Kopfarbeit wird sein: Wie stellt man sicher, einen möglichst hohen Anteil des PV-Stroms selbst zu nutzen? Welche Speicher bieten sich an? Batteriespeicher? Nutze ich die Spitzen der Solarstromerzeugung für eine Wärmepumpe und speichere Energie als Wärme ab? Hier eifern wir nach optimalen Lösungen, die wir auch langfristig vertreten können. 
Ich muss mich jetzt selbst zurückpfeifen: Wir reden immerzu über Photovoltaik, dabei spielen auch die passiven solaren Erträge – Fensterflächen – eine große Rolle. Unsere Modellrechnungen werden die Kombination von Wärme, Strom und Tageslicht in Betracht ziehen. Tageslicht wird gern unterschätzt, obgleich es einen wesentlichen Beitrag zum Energiesparen und Wohlbefinden leistet. 

Was sagt Ihre innere Stimme: Alles auf Strom?

Die Solarthermie hat sich für mich noch nicht erledigt, ich kann sie mir in den Häusern gut vorstellen. Strom zu speichern ist teurer als die thermische Speicherung. Ich gestehe: Es widerstrebt mir als Physiker, Strom in Niedertemperaturwärme zu verwandeln. Eine Sünde.

Die neue Wand, gleichfalls eine Aufgabe des Projekts, könnte Sie animieren, sich nicht allein auf die Dächer zu beschränken.

Die Süd-, mit kleiner Einschränkung auch die Südwest- oder Südostfassade, ist für Solaranlagen die wichtigste Fläche, fast noch wichtiger als das Dach. Im Winter sind dort die besten Erträge wahrscheinlich. Vom Wirkungsgrad her macht es keinen Unterschied, wo die Anlage installiert ist. Beim Jahresertrag schneidet die Fassade deutlich schlechter ab als das Dach. Aber das Jahres-profil einer vertikalen, südorientierten Fläche entspricht viel genauer dem Verbrauchsprofil der Nutzer. Womit wir wieder bei einem Projektschwerpunkt wären – der Behaglichkeit.

Von welchen Wirkungsgraden sprechen wir?

Bei Flachdachmodulen von 20 Prozent. Zu Beginn meiner Laufbahn waren 10 Prozent Standard. Konzentrierende Solarmodule, bei denen kleine Zellen der Sonne nachgeführt werden, schaffen 40 Prozent.

Haben Sie insgeheim ein Idealziel für die regenerative Energieversorgung – Wärme und Strom – der beiden Bestandsgebäude?

Wir können die Ergebnisse nicht vorhersehen, Wunschzielmarken hätte ich schon. Bei Altbauten muss man auf Restriktionen gefasst sein – 50 bis 60 Prozent solaren Deckungsgrad fände ich schön, 70 Prozent super. 

Unsere Erfahrungen mit Solaranlagen sind relativ überschaubar. Fühlen Sie sich besonders mutig, wenn Sie für das Forschungsprojekt einen Lebenszyklus von 50 Jahren ansetzen?

Ich kenne Solarmodule, die sind seit 40 Jahren in Betrieb und haben kaum Einbußen beim Wirkungsgrad. Es gibt Schnellalterungstests, beispielsweise für die relevante UV-Belastung. Die Lebensdauer der gegenwärtigen Technik scheint mir sehr hoch. Ich halte es auch für kein Drama, wenn ein Solarmodul nach 20 Jahren ausgetauscht werden muss – zurück in den Recyclingprozess. Modulare Austauschbarkeit von Komponenten ist ein wesentlicher Aspekt des Projekts. Das gilt für alles. Auch für Veränderungen in der Nutzung der Häuser. 

Was fällt Ihnen zu den derzeit üblichen Sanierungen ein?

Die meisten sind leider halbherzig. 5 Zentimeter Wärmedämmung auf die Fassade, neue Fenster, fertig. Das ist kein Konzept. Bei jedem Gebäude, das man anfasst, müssten etwa 80 Prozent der bisherigen Energieverbräuche eingespart werden. Davon sind wir noch meilenweit entfernt. Die Sanierungsraten sind generell zu gering, als dass man von Fortschritt sprechen könnte. Unser Forschungsprojekt will genau da einhaken und solche Sanierungen für Eigentümer attraktiver machen.

Es gibt Meinungen, die energetische Sanierung im Bestand scheitere an falschen Vorgaben wie den Energieaufwand nach Quadratmetern zu bemessen statt nach Personen.

Die persönliche Energiebilanz wird wichtiger werden, denke ich. Sie ist der ehrlichere Maßstab. Berechnen lässt sich alles unter verschiedensten Kriterien. Was wahrgenommen wird, was ankommt in den Köpfen, ob umgesteuert wird – das ist von Belang.

Was gefällt Ihnen an dem Projekt mit dem Kollegenteam besonders?

Der integrale Ansatz wird seit Langem für das Bauwesen gepredigt, aber viel zu selten befolgt. Wir tun es. 

Interviews: Doris Neumann