Wohnklima-Wandel

Dieser Text ist der Print-Ausgabe 02/2010 von Technologie Review entnommen. Das Heft kann, genauso wie die aktuelle Ausgabe, hier online portokostenfrei bestellt werden.

Architekten läuten die ökologische Wende ein: Das Haus der Zukunft soll nicht nur komfortabel, sondern vor allem umweltgerecht und energiesparend sein. Auch immer mehr alte Gebäude werden nach dieser Maxime saniert.

Manchmal zeigt ein Blick in die Vergangenheit, wie die Zukunft aussehen könnte. Zum Beispiel beim Hausbau: In der norddeutschen Tiefebene, nahe Nord- und Ostseeküste, stehen noch heute zahlreiche "Niedersachsenhäuser", wie sie der Volksmund nennt – riesige Bauernhäuser mit tief gezogenem Reetdach und großem Einfahrtstor. Heute meist als Wohnraum genutzt, befanden sich rechts und links im Erdgeschoss früher die Ställe, wo die Tiere für eine Grundwärme im Winter sorgten, dahinter die große Diele mit Feuerstelle, im Stockwerk darüber der Heuvorrat, der die Wärme im Haus hielt. Im Sommer waren Ställe und Heuboden leer, das Haus wurde durchlüftet und dank Lehm und Mauerwerk gekühlt.

Das ausgeklügelte Energiekonzept des Niedersachsenhauses ist für Michael Frielinghaus wegweisend: "Davon lernen wir, dass wir wieder Häuser mit unterschiedlichen Zonen bauen müssen." Frielinghaus ist Präsident des Bundes Deutscher Architekten (BDA) und damit Vordenker für eine ganze Zunft, die bisher im Ruf stand, vor allem auf die Optik Wert zu legen, weniger auf Wohlfühlklima und Energieeffizienz. "Architekten, Ingenieure und Bauherren haben häufig aneinander vorbeigeredet", räumt Frielinghaus selbstkritisch ein.

Das soll sich nun ändern. Der BDA hat 2009 ein Klimamanifest verabschiedet, das die "ökologische Wende" schaffen, Bauen und Wohnen "ressourcenschonend" machen soll. Im Manifest ist die Rede von lokalen Baustoffen statt Naturstein aus China, recyclingfähigen Materialien und dem Einsatz moderner Technik dort, wo es wirklich sinnvoll ist. Die Energieeffizienz müsse schon in der Gebäudeform angelegt sein und nicht allein durch teure Technik erkauft werden, so Frielinghaus – eben wie beim Niedersachsenhaus. Oder wie in manchen modernen Gebäuden, in denen im Sommer Kühlluft über die natürliche Thermik aus dem Keller in den Wohnbereich strömt.

Eine Umfrage der Heinze-Marktforschung unter 400 Architekten aus dem Jahr 2009 bestätigt die Einschätzung des BDA-Präsidenten. Danach gilt umweltgerechtes und gesundes Wohnen als ein "Megatrend". Die Rückbesinnung auf Bewährtes ist also keine kurzfristige Mode, sondern von Architekten und Bauherren gleichermaßen gewünscht.

Das macht sich schon bei der Wahl der Baumaterialien bemerkbar. Traditionelle Dämmstoffe aus Naturfasern wie Flachs, Holz oder Hanf sind beliebt wie nie. Bauphysiker schätzen an ihnen, dass sie relativ viel Feuchtigkeit aufnehmen können, ohne ihre isolierende Wirkung zu verlieren.

Neue Hightech-Materialien auf Basis umweltverträglicher Rohstoffe imitieren diese Eigenschaften, reagieren aber deutlich schneller auf Änderungen von Temperatur und Feuchte. Phasenwechselmaterialien aus Wachs oder Salzhydrat beispielsweise puffern Wärmeenergie, indem sie ihren Aggregatzustand – in der Fachsprache auch Phase genannt – ändern, etwa von fest zu flüssig. So schlucken sie tagsüber überschüssige Wärme, die sie nachts wieder abgeben. Außerdem wirken sie ausgleichend auf die Luftfeuchtigkeit. Solche Baustoffe sind quasi zugleich Mauer, Heu und Vieh des Niedersachsenhauses, in Form von dünnen Platten.

Ein zweiter Megatrend beim Bauen – das bestätigte auch die Architektenumfrage – besteht darin, auf einen sinkenden Verbrauch von Strom und Wärme zu achten. Bei Neubauten sind Passivhäuser oder gar Plusenergiehäuser, die mehr Energie erzeugen, als sie benötigen, mittlerweile Stand der Technik. So setzt das Konzept der "multifunktionalen Fassade" auf die Integration unterschiedlicher Aufgaben: Hier werden Klimaanlage, Lüftung, Sonnenschutz und Photovoltaik-Modul gleich mit in die Hausverkleidung eingebaut.

Allerdings haben Architekten derzeit wenig Gelegenheit, sich mit neuen, noch energiesparenderen Gebäudeformen für Passiv- und Plusenergiehäuser zu beschäftigen. Auch in der Baubranche schlägt die Wirtschaftskrise durch, statt Neues zu errichten wird bestenfalls Bestehendes instand gesetzt: Laut Zentralverband des Deutschen Baugewerbes sind derzeit 80 Prozent aller Baumaßnahmen Sanierungen. Von den 38 Millionen Wohneinheiten in Deutschland sind 25 Millionen älter als 32 Jahre, stammen also aus einer Zeit, in der es noch keine Vorschriften zum Wärmeschutz gab.

1978 setzte erstmals eine gesetzliche Bestimmung Standards beim Energieverbrauch in Gebäuden. Sie wurde 2002 von der "Energieeinsparverordnung", kurz EnEV, abgelöst. Inzwischen mehrfach novelliert, legt die EnEV in ihrer aktuellen Fassung von 2009 den jährlichen Energieverbrauch von sanierten Altbauten je nach Gebäudetyp auf etwa 100 Kilowattstunden fest. 2012 steht eine erneute Überarbeitung an, die diese Werte voraussichtlich um weitere 30 Prozent senken wird. Ziel ist, den Energiebedarf drastisch einzuschränken, denn Heizung und Strom in Gebäuden machen 40 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union aus und verursachen 36 Prozent des CO2-Ausstoßes. Laut einer Studie zu den Kosten des Klimaschutzes, 2007 von der Unternehmensberatung McKinsey veröffentlicht, ist Energiesparen bei Gebäuden nicht nur die wirkungsvollste, sondern auch die wirtschaftlichste aller Klimaschutzmaßnahmen, viel effizienter etwa, als mit teurer Solartechnik einem wachsenden Energieverbrauch hinterherzuhecheln.

Doch bisher verpuffen die straffen Vorgaben. Denn bei Altbauten gibt es keine Pflicht zum Sanieren. Die Grenzwerte greifen erst, wenn sich der Eigentümer tatsächlich zu einer umfassenden Instandsetzung entschließt. Das aber tun die wenigsten. Nach Angaben der Kreditanstalt für Wiederaufbau KfW werden jedes Jahr nur etwa zwei Prozent der Altbauten auf den jeweils aktuellen Energiestandard gebracht. Bei diesem Tempo wäre die komplette Überholung von Deutschlands Gebäudebestand erst um das Jahr 2060 abgeschlossen, wobei die meisten erneuerten Häuser dann schon wieder sanierungsbedürftig wären.

Was also tun, um das Tempo zu steigern? Michael Heide, Geschäftsführer für Unternehmensentwicklung beim Zentralverband Deutsches Baugewerbe (ZDB), fordert weniger starre Maßstäbe für die Sanierung von Altbauten: "Wahrscheinlich wäre es besser für den Klimaschutz, wenn wir den gesamten Altbaubestand zügig nur mit der Hälfte der in der Energieeinsparverordnung festgelegten Vorgaben sanieren würden, als vergleichsweise wenige Altbauten aufwendig zu Niedrigenergiehäusern nach dem hohen Standard der Energieeinsparverordnung zu modernisieren."

Dann wäre die Sanierung auch nicht so teuer. Ein Grund für die Zurückhaltung vieler Vermieter sind finanzielle Überlegungen. "Mehr Dämmung ist nicht unbedingt wirtschaftlicher", sagt Professor Rolf Neddermann von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung in Konstanz. 1200 Einzelmaßnahmen hat Neddermann am Beispiel eines Fünfziger-Jahre-Einfamilienhauses untersucht. Die einfachsten Erneuerungsschritte sind danach häufig am rentabelsten und leisten obendrein einen fast ebenso großen Beitrag zum Klimaschutz wie die jeweils aufwendigsten Maßnahmen.

Je simpler die Technik, desto problemloser können die Mieter zudem mit ihr umgehen. "Billige Wohnungen mit HightechAnlagen – das geht oft schief", warnt Michael Heide. So nützt die automatische Lüftung mit Wärmerückgewinnung nichts, wenn die Fenster dauernd sperrangelweit offen stehen. Effektiver sind einfache Sanierungsmaßnahmen, die auch ohne Mithilfe der Mieter Wirkung zeigen, wie zum Beispiel besser gedämmte Fassaden oder sparsame Heizungen.

Eine wichtige Aufgabe des ZDB sieht Michael Heide deshalb in der kritischen Begleitung von Innovationen, etwa wenn es darum geht, neuartige Baumaterialien zu entwickeln oder ausgeklügelte Techniken, um Wärme zu gewinnen. In den letzten Jahren gab es hier eine Fülle neuer Ansätze, die jedoch nicht immer den Wünschen des Marktes entsprechen.

Beispiel Vakuumpaneele: Sie bestehen aus zwei Dämmschichten mit einem luftleeren Raum dazwischen, der den Wärmefluss auf ein Zehntel drückt – die derzeit beste Fassadenisolierung. Doch ihre Marktakzeptanz ist gering, zumindest bei der Sanierung von Altbauten, weil die Paneele teuer und schwer zu verarbeiten sind. Leichter zu handhaben sind einfache Dämmplatten aus Schaum oder Wolle. Sie gibt es neuerdings sogar mit Aussparungen, durch die sich sofort oder auch im Nachhinein noch Leitungen unter der Außenwand verlegen lassen. Das ist billiger, als die Innenwände für neue Lüftungskanäle und Wasserleitungen aufzubrechen – und schont die Nerven der Mieter.

Die Strategie der Einfachheit geht allerdings nur auf, weil die Baustoffhersteller die bewährten Materialien stetig weiterentwickelt haben. BASF hat beispielsweise die wärmedämmende Wirkung von Polystyrol verbessert: Der Chemiekonzern mischt in die gepressten Kügelchen Grafitplättchen, die für die Wärmestrahlung aus den beheizten Räumen wie ein Spiegel wirken. Und das Chemie-Unternehmen Bayer arbeitet an Nanoschäumen, die aus dem verbreiteten Dämmstoff Polyurethan bestehen, allerdings wesentlich feinere Poren besitzen als die übliche Substanz. In den weniger als 50 Nanometer kleinen Hohlräumen haben die Gasmoleküle der Luft weniger Bewegungsfreiheit und können ihre Energie nicht so schnell an Nachbarmoleküle weitergeben. Der Nanoschaum soll daher mindestens doppelt so gut isolieren wie gewöhnliches Polyurethan, bisheriger Rekordhalter bei der Wärmedämmung.

Doch auch das herkömmliche Material lässt sich immer vielseitiger einsetzen: Ein Konsortium aus acht Partnern hat einen Fensterrahmen entwickelt, der vollständig aus Polyurethan besteht – aus einer harten, wetterfesten Variante außen und einem stabilen Schaum innen. Der sortenreine Rahmen namens "Top Therm 90" dämmt besser als die Vorläufermodelle, bei denen verschiedene Materialien kombiniert werden. So lässt sich mit dem neuen Produkt zugleich Energie sparen und das Recycling erleichtern.

Für denkmalgeschützte Häuser, deren Fassade nicht verändert werden darf, sind all diese Neuerungen allerdings nicht geeignet. Hier bietet es sich an, großflächige Heizungen in Fußboden, Wand oder Decke zu installieren. Sie sorgen für mollige Wärme, auch wenn die Temperatur der Heizkörper nur wenige Grad über der Raumtemperatur liegt. Der geringe Temperaturunterschied hat zur Folge, dass der Energieverlust klein und die Effizienz hoch ist.

"Low-Ex" heißt diese Heizstrategie in der Baubranche. Sie beruht darauf, dass man Temperaturunterschiede von wenigen Grad nutzt, um Wärmeenergie von einem Ort zum anderen zu transportieren. In Wäschereien oder in den Duschräumen von Sporthallen ist das Abwasser zum Beispiel warm genug, um über einen Wärmetauscher Energie in den etwas kälteren Wasserkreislauf der Heizung einzuspeisen, die wiederum den einige Grad kälteren Raum heizt. Damit trotz der geringen Temperaturdifferenzen genug Wärme in den Raum gelangt, müssen die Heizkörper große Flächen haben – wie bei Fußboden- oder Wandheizungen.

Während sich das Konzept, Wärmeenergie aus Abwasser zu gewinnen, noch in der Testphase befindet, hat sich die Idee für Abluft längst durchgesetzt, so beispielsweise bei Lüftungen mit Wärmetauscher. Und mittlerweile findet die Technik auch in größerem Stil Verwendung: Rechenzentren mit Hunderten von Computern verbraten oft viele Megawatt elektrischer Leistung zu Wärme und müssen dann mit energiefressenden Klimaanlagen gekühlt werden. Das Hochsicherheits-Rechenzentrum von IBM in Uitikon nahe Zürich produziert im Jahr beispielsweise rund 2800 Megawattstunden überschüssige Wärme, das entspricht dem Heizenergiebedarf von 80 Einfamilienhäusern. Der Computerkonzern hat sich daher eine Zweitverwertungsstrategie überlegt: Seit gut einem Jahr kanalisiert er die Abwärme aus seinem Rechnerpark und bringt mit ihr die Schwimmhalle der Schweizer Gemeinde auf angenehme Badetemperaturen. Eine sinnvolle Möglichkeit, die Energieeffizienz öffentlicher Einrichtungen zu erhöhen.

Das Energiemanagement solcher Gebäude verlangt meist besondere Anstrengungen. Die klassische Wärmedämmung spielt hier in der Regel nur eine geringe Rolle, weil die Außenfläche der Bauten klein ist im Verhältnis zu ihrem Raumvolumen. Dafür gilt es andere Besonderheiten zu berücksichtigen, bei Schulen beispielsweise lange Ferienzeiten, viele Personen auf engstem Raum und unkontrolliertes Lüften. "Aus bauphysikalischer Sicht sind Schulen der 'worst case'", sagt Professor Klaus Sedlbauer, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) in Stuttgart und Holzkirchen. Auf ungefähr 80 Milliarden Euro beziffert das Deutsche Institut für Urbanistik den Sanierungsbedarf bei Schulgebäuden bis zum Jahr 2020.

Wie durch eine Generalüberholung aus einer ungemütlichen Energieschleuder ein wohliger Aufenthaltsort mit positiver Energiebilanz werden kann, soll die Uhlandschule in Stuttgart-Zuffenhausen zeigen. Das Konzept der IBP-Forscher sieht für das Gebäude aus dem Jahr 1954 eine Dämmung im Dach und an der Fassade vor, in die auch Teile der Anlagentechnik integriert werden, dazu eine Lüftung, die 85 Prozent der Wärmeenergie aus der Abluft wiedergewinnt, eine hocheffiziente LED-Beleuchtung im ganzen Haus, eine Erdreichwärmepumpe, die Niedertemperatur-Flächenheizungen versorgt, sowie eine Photovoltaikanlage, die mehr Strom produziert, als für den Betrieb des Gebäudes nötig ist.

Mittlerweile lohnen sich solche Maßnahmen, weil sie sich wesentlich schneller bezahlt machen als früher. Als 1996 die Grund- und Hauptschule in Plieningen nahe Stuttgart auf den damals besten Energiestandard gebracht wurde, rechneten die Bauherren mit einer Amortisationszeit von rund 75 Jahren. Das Fraunhofer IBP kam bei seinen Kalkulationen dagegen zu dem Ergebnis, dass die Kosten für die Sanierung der Uhlandschule bereits nach zwölf Jahren wieder wettgemacht sein werden. Generell geht Hans Erhorn, Leiter der Abteilung Wärmetechnik am IBP, davon aus, dass die Amortisationszeiten für Umbaumaßnahmen bei Gebäuden, die am Ende entsprechend dem Drei-Liter-Standard weniger als drei Liter Heizöl pro Quadratmeter und Jahr verbrauchen, heute im Durchschnitt bei ungefähr 15 Jahren liegen, bei der noch wirkungsvolleren Plus-Energie-Variante dauert die Durststrecke derzeit noch ein bisschen länger. "Wenn man die letzten Kilowattstunden herauskitzeln will, wird es halt teurer", erläutert Erhorn.

Aber nicht immer muss aufwendig saniert werden, um Strom und Wärme zu sparen. Häufig reicht es, die vorhandene Technik energiebewusst einzusetzen. Vor allem in Bürogebäuden wird die Energiezufuhr oft nicht gut an die Nutzung angepasst. "Es sind immer wieder die typischen Fehler, die zu unnötig hohem Verbrauch führen", hat Christian Neumann vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg festgestellt. Heizungen laufen nonstop durch, obwohl sich nachts und an den Wochenenden niemand im Gebäude befindet, und nicht selten kämpfen Radiator und Klimaanlage gleichzeitig gegeneinander an.

Hier fehlte bislang eine Instanz, die aus vorhandenen Messdaten auf Energielecks schließt und Sparmaßnahmen einleiten kann. Diese Lücke hat das EU-Projekt "Building EQ" unter der Führung des Fraunhofer ISE nun geschlossen. Die von den Wissenschaftlern entworfene Gebäudesteuerung zeichnet im Stundentakt Messwerte zur eingesetzten Energiemenge, zum aktuellen Verbrauch und zum Raumklima auf und übermittelt die Daten einmal am Tag über das Internet an eine Analysesoftware am ISE. Anhand der Angaben kann das Programm Energieverschwender sofort entlarven.

Die notwendigen Sensoren sind in den meisten Bürogebäuden bereits vorhanden, ihre Informationen wurden bisher allerdings nicht miteinander verknüpft und zentral ausgewertet. In Zukunft soll die Software des ISE nicht nur Energiesparvorschläge machen, sondern auch automatisch aus der Ferne in den laufenden Betrieb eingreifen.

Computersteuerung und Sensoren in allen Ecken – so sinnvoll diese Technik in Bürogebäuden sein mag, in den eigenen vier Wänden bevorzugen die Deutschen Natur pur. Das ergab eine Umfrage der Zeitschrift "Schöner Wohnen" unter 100.000 Lesern. 91 Prozent hätten gern einen Holzfußboden, 64 Prozent wünschen sich einen offenen Kamin. Archaische Elemente wie Feuer, Holz und Stein seien wieder gefragt, schreibt das Magazin – ganz wie beim Niedersachsenhaus. (bsc)