Konzept des ökologischen Niedrigenergiehauses
Im Rahmen der Technikerausbildung im Schwerpunkt "Erneuerbare Energien/Ökologische Energienutzung/Energieberatung" wurde das ökologischen Niedrigenergiehaus von dem Architekten Klaus-Dieter Luckmann geplant.
Das Gebäude hat eine Gesamtnutzfläche von ca. 350 m2. Es ist in Solararchitekturbauweise, unter Einbeziehung vorhandener Gelände- und Bewuchsgegebenheiten konzipiert worden. Nach Süden, Südosten und Südwesten zeigt sich das Gebäude mit großen Fensterfronten, um die Sonne für Licht- und Wärmezwecke zu nutzen. Das Gebäudedach ist nach Norden hin relativ steil abfallend, so dass die Gebäudehülle auf der Nordseite kleiner ist. Damit ist die Wärmeabstrahlung auf der kalten Seite gering gehalten. Dieser Effekt wird verstärkt durch die sehr kleinen Fenster auf der Nordseite. Im Innenraum ist zwischen Nord- und Südseite ein Flur angeordnet, der im Winter nur teilweise geheizt werden soll. Durch diese Maßnahmen wurde das A/V-Verhältnis (Fläche der Außenhülle zu Innenvolumen) sehr günstig gestaltet.
Bei den Baustoffen wurde Wert darauf gelegt, dass sie, am derzeitigen Markt orientiert, als ökologisch ausgewiesen sind. Jeder Lieferant musste den Nachweis über Sicherheitsdatenblätter führen. Mit dem Gebäude soll auch gezeigt werden, dass hier kein Sonderbau entstanden ist, sondern dass diese Bauweise auch im herkömmlichen Ein- und Zweifamilienhausbau nachvollzogen werden kann. Durch die Holzständerkonstruktion können, wie auch bei uns geschehen, Innenausbauten durch den Bauherren selber durchgeführt werden. Hier sind kostengünstige und ökologisch neue Wege in Verbindung mit Fertighausherstellern und Bausparkassen denkbar. In dem Gebäude sind Klassenzimmer, ein Energieberatungszentrum und eine EDV-Abteilung untergebracht. In dem öffentlichen Energieberatungszentrum werden u. a. auch Aufklärungsveranstaltungen zur Niedrigenergiebauweise durchgeführt werden.
Das Gebäude wurde auf eine gegossene Betonbodenplatte in Holzständerkonstruktion errichtet. Die Hölzer sind mit Naturfarben behandelt. Um eine gute Winddichtigkeit zu erreichen sind die einzelnen Bauelemente durch Kombribänder abgedichtet. Es wurde großer Wert darauf gelegt, dass die Ständerkonstruktion durch Verzapfungen in traditioneller Holzbautechnik miteinander verbunden sind.
Die Innenwände der Holzständerkonstruktion sind mit leimarmen OSB-Grobholzspanplatten verkleidet. Im Außenbereich sind an der Nordseite zementarme Heraklitplatten angebracht, welche mit ökologischen Putzen versehen sind. Innenliegend ist eine 18 cm dicke Dämmung, die im Bereich des Heizraumes aus Foam-Glas als nicht brennbares Material und Hartfaser- bzw. Weichfaserplatten besteht. Diese wurden innen- und außenliegend verklebt, um auch in diesen Bereichen eine gute Winddichtigkeit zu gewährleisten. Die innenliegenden Zwischenwände zum Flurbereich wurden ebenfalls mit Weichfaserdämmplatten gedämmt.
Eine besonders hohe Dämmung wurde auch im Dachbereich realisiert. Die eine Dachhälfte ist mit einer 28 cm dicken Schafwolldämmung versehen, während in der anderen Dachhälfte Zellulose-Dämmstoffe eingeblasen wurden. Das Dach ist als Kaltdach konstruiert, d.h. nach dem Verschluss der Dämmschicht wurde eine zweite Luftschicht eingebaut, darauf ist dann die eigentliche Dachhaut mit der Dachbegrünung aufgebracht. Die kleinen seitlichen Dächer sind mit Flachs gedämmt.
Bild: Dachmodell
Die Wände zu den Toilettenanlagen sind mit Leichtbauplatten aus gepressten Perliten hergestellt. Die Zwischenräume dieser Wände sind mit Perlite-Dämmschutzmaterial zum Flurbereich hin gedämmt. Im gegenüberliegenden Flurbereich ist ein kleines Besprechungszimmer mit einer Garderobe angeordnet. Die Wände wurden mit massiv gemauertem Kalksandstein- bzw. Lehmwänden erstellt.
Die Fußböden sind ebenfalls hoch gedämmt. Jeder Raum wurde mit einem anderen Aufbau versehen, der unter Glas erkennbar ist. Die Aufbauhöhen im Fußbodenbereich betragen 23 cm und bestehen aus Schüttdämmmaterialien, Foamglas, Weich- und Hartfaserdämmplatten. Die Abschlussplatten sind aus Fließzement oder Bitumenguss hergestellt. Bei den Fußböden wurde darauf geachtet, dass möglichst einheimische Materialien verwendet wurden. Dort wo Terrakotta zum Einsatz kam, wurde gering strahlendes Material aus Spanien verwendet.
In dem Gebäude sind hinter Glas alle eingebauten Dämmstoffe gezeigt und mit Messfühlern versehen, damit sollen für die Öffentlichkeit die Unterschiede messtechnisch und optisch erfassbar sein. Im Dachbereich und in den Seitenwänden sind ebenfalls Messfühler eingebaut, die später mit einer Gebäudeleittechnik verknüpft werden. Mit dieser Gebäudeleittechnik werden alle licht- und wärmetechnischen Vorgänge gesteuert, hinzu kommen die Einbindung von Alarmsystemen.
Die innenliegenden Wände wurden u. a. mit Putzen auf der Basis von Baumwolle, durchmischt mit Mineralien zur Farbgestaltung, versehen. Außerdem kamen Verkleidungen aus gepressten Perliteplatten, Lehmplatten, Hanf und Stroh zum Einsatz. Getestet wurden verschiedene Putzträger von Metallstreckband, Leinen und Hanf bis hin zu Schilfmatten.
Das Gebäude verfügt über eine kontrollierte Zwangsbe- und Entlüftung. Hierzu wurden im Erdreich 30 cm dicke Rohre verlegt, um im Sommer erdreichgekühlte und im Winter vorgewärmte Luft anzusaugen. Die einzublasende Frischluft wird im Winter durch einen Kreuzwärmetauscher geleitet und zusätzlich durch die Abluft vorgewärmt. Bei dem Heizungskonzept wird davon ausgegangen, dass im Winter nur geringfügig über eine Brennwerttechnik und konventionelle Heizkörper nachgeheizt werden muss. Die Heizkreise sind so aufgebaut, dass sie Raumweise abschaltbar sind. Zur Reinigung der angesaugten Luft wird ein Elektrofilter eingesetzt, der sogar Pollen aus dem Innenraum fernhält.
Die Fenster bestehen alle aus einer Festverglasung. Dabei wurden Gläser mit k-Werten von 1.1 W/m2*K und besser gewählt. Die Fenster sind in Holzrahmen eingebaut, die Abdichtung zum Gebäude wurde mit einer ökologischen Korkschaumdämmung vorgenommen. Energetisch gesehen sind PVC-Fensterrahmen Holzrahmen überlegen, im Brandfalle werden jedoch Dioxine und Furane freigesetzt. Zur Demonstration sind in einigen Fenstern gesteuerte Lamellen zwischen den Glasscheiben zum Abschatten eingebaut worden. Im Südost- und Südwestbereich wurde jedoch ausschließlich auf eine natürliche Abschattung geachtet. Dort befinden sich auch verschiedene Systeme von transparenter Wärmedämmung, welche die Wärme entweder auf Festkörper wie Lehm, Kalkstein, Holz, Kork oder direkt an die Luft ableiten. Die Abschattung erfolgt im Sommer über vorhandene Laubbäume, weiterhin ist vorgesehen, dass an der Konstruktion ein speziell gezüchteter , reblaus- und mehltauresistenter Wein gepflanzt wird, der seine Früchte im Frühherbst austrägt und bald danach sein Laub abwirft. Eingebaut wurde auch erstmals in Deutschland ein neuartiges System von transparenter Wärmedämmung, dessen innenliegendes Medium aus wabenförmiger Wellpappe besteht.
Die Heizung wird unterstützt durch eine solarthermische Anlage. Die Besonderheit dieser Anlage ist ein automatisches Leerlaufen bzw. Befüllen in den Fällen, in denen es zu extremer Hitze- oder Kälteentwicklung kommt. Mit dem Gebäude indirekt soll später eine selbst gebaute Windkraftanlage in Verbindung gebracht werden, die die gesamte Energiebilanz des Gebäudes positiv unterstützen soll. Als zukünftiges Schülerprojekt ist die Befüllung eines alten Heizöltankes mit Wasser vorgesehen, der als Langzeitwärmespeicher dienen soll. Der Einbau einer Wärmepumpe kann dann im Winter diese gespeicherte Wärme in das Gebäude zurückführen.
Von Anfang an wurde eine extensive Dachbegrünung mit der Möglichkeit der Regenwassernutzung eingeplant. Das gesamte Dach besteht aus 3 unterschiedlichen Vegetationsebenen. Bei der Regenmengenermittlung wurde davon ausgegangen, dass etwa ein Drittel des Jahresdurchschnittregens auf dem Dach verbleibt, deshalb wurde für diese relativ große Dachfläche eine nur 5,8 m3 große Betonzisterne eingebaut. Das Abwasser eines Teiles der Toiletten wird in eine, im unteren Bereich der Außenanlage eingebettete Pflanzenklärteichanlage geleitet, dort auf ökologischer Basis gefiltert und anschließend wieder dem Toilettensystem zugeführt. Das verdunstende Wasser wird aus einer Zisterne dem Teich zugeleitet, so dass nur in äußersten Notfällen Trinkwasser nachgespeist werden muss. Die Toilettenanlagen sind außerdem mit spülungsfreien Urinalen und Komposttoiletten ausgerüstet, bei denen durch eine Automatik eine Getrenntentsorgung von flüssigen und festen Abfallstoffen erfolgt.
Auf der Südseite von dem Gebäude befindet sich ein großer Teich, in dem eine aufgeständerte netzeingespeiste 1kW Photovoltaik installiert ist. Die Wasseroberfläche dient gleichzeitig als Sonnenreflexionsebene und soll die Lichtintensität auf den Photovoltaikmodulen erhöhen. In dem mittleren Teil der großen Glasfront befindet sich u. a. eine Fassadenphotovoltaik auf der Basis von polykristallinen Zellen. Diese Zellen sind in hochwertige Gläser eingeschmolzen. Dadurch dass die Module relativ weit auseinander eingebaut sind, kann noch genügend Licht den Innenraum durchfluten. Mit dieser Fassadenphotovoltaik soll demonstriert werden, dass senkrecht eingebaute Photovoltaikanlagen mit relativ geringfügigen Abweichungen sinnvoll Strom produzieren können, und dass man damit gleichzeitig ganze Fassaden gestalten kann.
Bild: Fassadenphotovoltaik
Auf dem Hauptgebäude der Schule ist ein 4 m2 großer Spiegel installiert, der über eine spezielle Software bis zum Jahre 2040 im Zwanzigsekunden-Rhythmus der Sonne nachgefahren wird. Dieser Spiegel leitet die Sonnenstrahlen auf 4 Gegenspiegel auf das ökologische Niedrigenergiehaus um. Zwei dieser Spiegel reflektieren im Winter das Sonnenlicht auf je eine innenliegende Lehm- bzw. Kalksandsteinwand, die jeweils zu Testzwecken mit unterschiedlicher Dicke gebaut wurden. Mit diesen Wänden soll Wärme gespeichert und dann wieder in den Innenraum abgegeben werden. Im Sommer können diese Spiegel weggedreht werden, um keinen zusätzlichen Wärmeeintrag in das Gebäude zu bringen. In der sonnenreichen Zeit werden die Sonnenstrahlen auf die aufgeständerte Photovoltaik gelenkt. Zwei weitere Sonnenreflexionsspiegel bringen im Sommer und Winter Licht in die Innenräume, um damit die künstliche Beleuchtung zu reduzieren. Im Bedarfsfall sind diese aber auch wegschwenkbar und können beispielsweise auf die Fassadenphotovoltaik gelenkt werden.
Um das Gebäude kostengünstig zu gestalten, wurde bewusst auf eine Unterkellerung verzichtet. Im Schulgelände wurde deshalb ein separater "Naturkeller" errichtet. Ein nicht isoliertes Kalksandsteingewölbe ist in das Erdreich eingebaut worden. Durch Kalksandsteine dringt über den Kapillareffekt Feuchtigkeit ein, verdunstet und bringt im Sommer den gewünschten Kühleffekt in den Keller. Im Winter hält die Erdaufschüttung die Kälte ab, so dass über das Jahresmittel eine optimale Kellertemperatur zwischen 130 C und 150 C erreicht wird. Der funktionierende Keller ist den meist überheizten Kellern üblicher Häuser überlegen.
Das ökologische Niedrigenergiehaus, nach dem Stande der Technik in Butzbach, ist nur ca. 15 % teurer als ein Haus, das in herkömmlicher Technik gebaut wird. Mit heutigen Energiepreisen gerechnet, wird sich der Mehrpreis in ca. 20 Jahren amortisiert haben. Da die heutigen Hausabtragungszeiten wesentlich höher liegen, ist das Gebäude nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll. Bei zu erwartenden langfristig steigenden Energiepreisen und gleichzeitiger Massenfertigung von Häusern in Holzständerkonstruktion wird diese ökologische Bauweise der traditionellen deutlich überlegen sein.