Vortrag Hochtief.indd - Jo. Franzke Architekten

Energetische Aspekte der
Projektentwicklung
Ein Vortrag von Jo. Franzke
bei HOChtief Projektentwicklung
Rhein-Main
15. November 2011
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warum ist es wichtig energieeffizient zu bauen?
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Angesichts von Klimawandel, wachsender Weltbevölkerung und Ressourcenverknappung liegt die Notwendigkeit der Förderung und Anwendung ressourcen- und
klimaschonender Technologien auf der Hand. Dieser Anspruch gilt in besonderem Maße für die gebaute Umwelt.
Ungefähr ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs
und aller Emissionen werden in Deutschland von Gebäuden und ihrer Nutzung verursacht (Abb.1). Um diese
Energie bereit zu stellen, werden große Mengen fossile
Brennstoffe verbraucht, die zukünftigen Generationen
fehlen werden.
Der größte Teil davon entfällt auf die Wohngebäude, da
sie im Vergleich zu Nichtwohngebäuden den Bestand dominieren.1 In diesem Zusammenhang trägt der Architekt
eine verantwortungsvolle Rolle. Er nimmt entscheidenden
Einfluss auf Konzeption von Stadtstrukturen, von Gebäuden, die Verwendung von Materialien und Systemkomponenten und daher letztlich auch auf den Energieverbrauch von Gebäuden. 2 Gleichzeitig zwingen die ständig
steigenden Energiepreise der letzten Jahre (Abb.2) zu
2
noch größeren Anstrengungen die Energieeffizienz in
Gebäuden zu erhöhen. Betrachtet man die letzten zehn
Jahre ab 2000, hat sich der Gas- und Ölpreis ca. verdoppelt und der Strompreis ist um ca. 60% gestiegen.3
das passivhaus als instrument zur steigerung der
Abbildungen 1 Anteil CO2-Emissionen in Deutschland ∙
Energieeffizienz bei gebäuden
2 Anstieg der Energiepreise in Deutschland
In den vergangenen Jahren sind Konzepte entwickelt
worden, die Gebäude leistungsfähiger machen und deren
negative Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren. Besonders durchgesetzt hat sich in Deutschland das
Passivhauskonzept. So schreibt z.B. die Stadt Frankfurt
am Main in einem Beschluss der Stadtverordnetenversammlung seit 2007 vor, dass städtische Bauten nur
EnErgEtischE AspEktE dEr
projEktEntwicklung
15. noVEMbEr 2011
noch in Passivhausbauweise errichtet werden dürfen.
Das Passivhauskonzept wurde für Wohngebäude entwickelt und hat dort seine Berechtigung. Jedoch treibt
die pauschale Anwendung auf andere Gebäudetypen
mitunter kuriose Blüten: Angeblich wurde schon diskutiert, Krematorien und Kirchen auf Passivhausniveau zu
dämmen.4
Schon vor ca. 20 Jahren wurde in Darmstadt-Kranichstein das erste Passivhaus erbaut (Abb.3). Der damals
vom Passivhaus-Institut definierte Grenzwert für den
Heizwärmebedarf von 15kWh pro m2 pro Jahr bedeu3
tete eine extreme Reduzierung gegenüber dem damals
üblichen Energiebedarf.
Abbildung 3 erstes Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein ∙
4 Entwicklung des Energiebedarfs im Wandel der Zeit
Seitdem sind die gesetzlichen Anforderungen in Bezug
auf Gebäudeenergieeffizienz kontinuierlich gestiegen,
aber der für Passivhäuser geltende Grenzwert für Heizwärmebedarf ist unverändert geblieben (Abb.4). Die
Idee des Passivhauskonzeptes klingt einfach: Bis zu
einem Heizwärmebedarf von 15kWh pro m2 pro Jahr
lässt sich ein Gebäude allein über die Lüftungsanlage
durch den hygienischen Mindestluftwechsel heizen. Ein
konventionelles Heizungssystem könnte also entfallen.
Erfahrungen der letzten Jahre haben jedoch gezeigt,
dass Luftheizsysteme auf Grund des geringeren Wohnkomforts zu größerer Unzufriedenheit bei den Bewohnern
führen: Im Winter klagen Bewohner über zu trockene
Luft. Auch die raumweise Regelung der Temperatur ist
mit diesem Konzept nicht möglich.5 Meistens wird daher
wieder ein separates Heizsystem eingebaut.
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Projektentwicklung
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Erfahrungen in Entwurf, Planung und Bau von
Passivhäusern
Unsere profunde Erfahrung, die wir durch die Planung
mehrerer Passivhäusern gewinnen konnten, hat gezeigt,
dass ein serielles Planungsvorgehen (d.h. der Architekt
macht einen Entwurf und am Schluss erbringen die Fachplaner alle erforderlichen Nachweise), nicht mehr
zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Bauvorhaben
5
mit komplexen Anforderungen wie sie Passivhäuser aufweisen, erfordern eine integrale Planungsweise aller
Beteiligten. Folgende Projekte wurden in einem integrierten, dialogorientierten Planungsprozess bearbeitet,
bzw. realisiert:
Wohnhaus Hansaallee
Bauherr: ABG FRANKFURT HOLDING ∙ Wohnungsbauund Beteiligungsgesellschaft mbH ∙ Status: fertiggestellt ∙
BGF (inkl. Tiefgarage): ca. 10.000 m² ∙ BRI: ca. 30.000 m³
∙ Mietfläche:
6
ca. 3.200 m² ∙ Wohneinheiten: 37 ∙ Stellplätze:
171 ∙ Besonderheit: Koordinierung der Architekten für das
gesamte Ensemble, Planung Gesamttiefgarage
Wohnhaus und Supermarkt Heinrich-Lübke-Siedlung
Bauherr: FRANKFURT HOLDING Wohnungsbau- und
Beteiligungsgesellschaft mbH ∙ Status: im Bau ∙ BGF Neubau (mit TG): ca. 12.000 m² ∙ BGF (Bestand) : ca. 5.000m²
BRI: ca. 40.000 m³ ∙ Mietfläche (Neubau): ca. 3.500 m² ∙
Mietfläche (Bestand): ca. 2.500 m² ∙ Wohneinheiten (Neubau): 40 ∙ Wohneinheiten (Bestand): 32 ∙ Stellplätze: 85
∙
Besonderheit: Partizipationsverfahren, Supermarkt, zwölf
7
Gewerbeeinheiten (EG)
Abbildungen 5 Hansa Allee, Frankfurt am Main. Bauteil C.
Westfassade ∙ 6 Wohnhaus mit Supermarkt in der HeinrichLübke-Siedlung, Frankfurt am Main ∙ 7 Wohnhaus mit Super-
Europaquartett
markt im Europaviertel, Frankfurt am Main
Bauherr: HochTief Projektentwicklung ∙ Status: im Bau ∙
BGF (inkl. Tiefgarage): ca. 32.000 m² ∙ BRI: ca. 16.000m³ ∙
Mietfläche (Wohnen) ca. 12.000 m² ∙ Mietfläche (Super-
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markt) ca. 3.000 m² ∙ Wohneinheiten: 140 ∙ Stellplätze:
220
Die Nachweisführung über die Erfüllung der PassivhausAnforderungen erfolgt mit Hilfe des „Passivhaus-Projektierungs-Pakets“ (PHPP) und wird klassischer Weise
von einem Fachplaner durchgeführt. Leider werden
die erforderlichen Fachplaner meistens sehr spät vom
8
Bauherrn beauftragt. Eine nachträgliche Optimierung
der Planung ist zu diesem Zeitpunkt nur noch mit erheblichem Mehraufwand möglich. Daher ist es wichtig,
dass sich auch Architekten ein solides Grundwissen über
energieeffizientes Bauen aneignen. So können schon in
frühen Planungsphasen Entwürfe energetisch optimiert
werden und Architektur und Technik in ein integriertes
9
Gesamtkonzept zusammengeführt werden. Das reduziert Schnittstellen und spart Zeit und Kosten - auch für
Bauherren.
Der Entwurf von Passivhäusern verlangt die Berücksichtigung einiger grundlegender Parameter:
• Ausrichtung / Zonierung: Das Gebäude sollte, wenn es die Bebauungssituation zulässt, optimalerweise 10
nach Süden ausgerichtet und dementsprechend zoniert sein. (Abb. 9 und 10)
• Verschattung: Das Gebäude sollte so positioniert werden, dass eine geringe Verschattung der Fassaden gegeben ist. (Abb. 11)
• Kompaktheit: Kompakte Baukörper haben eine kleinere Fassadenfläche zum umbauten Volumen. Ein
Passivhaus sollte daher in kompakter Bauweise als wenig gegliederter Baukörper geplant werden. (Abb. 8)
• Fensterflächenanteil: Das Passivhaus benötigt größere Fenster im Süden, da es auf solare Gewinne
11
angewiesen ist. Nach Norden tragen kleinere Fenster Abbildungen 8 AV-Verhältnis verschiedener Volumen ∙ 9 Ausrichtung
dazu bei Transmissionswärmeverluste zu vermeiden.
Besonnung ∙ 10 Ausrichtung Zonierung ∙ 11 Verschattung
• Wärmebrücken: Durchdringungen von Verankerungen für Vordächer oder auskragende Balkone sollten
konsequent vermieden oder wärmetechnisch
entkoppelt werden. Solche Konstruktionen sollten selbsttragend vor das Gebäude gestellt werden.
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• Gebäudehülle: Das Passivhauskonzept erfordert einen hohen baulichen Wärmeschutz der Außenhülle. Der Flächenbedarf für Wandaufbauten von bis zu 50cm und mehr müssen bereits im Entwurf berücksichtigt werden.
Vor- und Nachteile von Passivhausbauten
Das Passivhauskonzept hat in den letzten Jahren vor
allem in Deutschland und Österreich starke Verbreitung
erfahren. Neben viel Zuspruch ist auch Kritik zu hören:
Vorteile
• Passivhäuser vermarkten sich gut.6
12
13
• Der geringe Energieverbrauch wirkt sich positiv auf die Umwelt und die Energiekosten der
Bewohner aus.
• Die kontrollierte Wohnraumlüftung führt zu einem guten Innenraumklima und vermeidet Feuchteschäden.
• Der hohe bauliche Wärmeschutz führt zu einem hohen thermischen Komfort im Winter.
14
• Das Passivhauskonzept ist ein einfach zu verstehendes, 15
„griffiges“ Konzept
Nachteile
• Die stark gedämmte Hülle führt zu einem eher hohen (Wohn-)Flächenverlust. Dies wirkt sich in innerstädt-
tischen Gebieten negativ auf die Flächeneffizienz aus.
• Vorgehängte Fassaden wie z.B. aus Naturstein
müssen in der tragenden Wand rückverankert
werden und bilden zu große Wärmebrücken aus.
Solche Konstruktionen sind wärmebrückenfrei nur mit großem Aufwand zu realisieren. In den meisten Fällen bleibt dem Planer oft nur eine Ausführung der Fassade mit einem WDVS. Diese Verbundmaterialien sind jedoch 16
aus ökologischer Sicht bedenklich. Biozide im
Oberputz gegen Algenbildung werden im Laufe der Zeit
ausgewaschen und verunreinigen das Schutzgut Abbildungen 12 und 13 Verfremdung des Erscheinungsbilds durch energetische Sanierung ∙ 14 Natursteinfassade
Wasser.
nach EnEV-Standard 15 WDVS-Fassade nach Passivhaus-
WDVS haben eine vergleichsweise geringe Lebensdau
Standard ∙ 16 optische Beeinträchtigung / Versprung der
er und können bei Abriss oder Instandsetzungen häufig Gebäudekante durch Wärmedämmung eines Wohnhauses
im innerstädtischen Bereich
nicht sortenrein getrennt oder nur bedingt verwertet werden. Oft bleibt nur die thermische Verwertung in der Energetische Aspekte der
Projektentwicklung
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Müllverbrennungsanlage.7
• Die Sanierung bestehender Gebäude bringt Architekten in Gewissenskonflikte: Sie wissen, dass Gebäude weniger Energie verbrauchen müssen, sorgen sich
Komplexe Dämmschichtführung
Komplexe Dämmschichtführung
aber um Gründerzeitviertel, deren Fassaden durch
Außendämmung ihren Charakter verlieren.
Wohnraum - beheizt
Passivhaus-Standard
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EnEV-Standard
Treppenraum
Passivhaus-Standard
Großflächiges Dämmen mit WDVS führt zur Uniformität ganzer Innenstädte. (Abb. 12 und 13)
Tiefgarage - unbeheizt
Tiefgarage - unbeheizt
• Die Nutzung eines Passivhauses erfordert eine gewisse „Wohnintelligenz“. Besonders im öffentlich geförderten Wohnungsbau haben Bewohner Schwierigkeiten, die besonderen Nutzungsbedingungen eines Passivhauses 17 komplexe Dämmschichtführung
zu akzeptieren. Werden z.B. abweichend der Vorgaben des Planers Elektrogeräte mit geringer Energieeffizienz betrieben, besteht im Sommer, in Folge höherer Wär
melasten, die Gefahr der Überhitzung. Denn der hohe bauliche Wärmeschutz wirkt auch im Sommer wie eine Thermoskanne und erschwert den Wärmeabfluss nach außen.
• Die Nutzer wollen im Winter erfahrungsgemäß höhere Raumtemperaturen als die im PHPP projektierten. Bei Luftheizungssystemen klagen Bewohner dann aufgrund erhöhter Luftvolumenströme über zu trockene Luft im Winter.
• Besonders bei Mehrfamilienhäusern im Passivhaus-
standard im innerstädtischen Bereich ist oft eine
Tiefgarage (unbeheizt) und eine Gewerbezone im Erdgeschoss (EnEV-Standard) vorhanden.
Da die Treppenhäuser innerhalb der Bilanzgrenze des Passivhauses liegen und die kalten Bereiche
durchstoßen, kommt es zu sehr komplexen
Dämmschichtführungen, die aufwändig geplant werden müssen. (Abb. 17)
Das Passivhaus im Vergleich mit anderen Standards
zum Nachhaltigen Bauen
Das Passivhauskonzept wurde Ende der 1980er Jahre
entwickelt und hat sich seitdem bei der Weiterentwicklung des Energieeffizienten Bauens große Verdienste
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erworben. Ohne das Engagement des Passivhaus-Instituts, wären bis heute energieeffiziente Lüftungsgeräte,
Dreifach-Verglasungen, Wärmepumpenkompaktgeräte
und viele weitere energieoptimierte Bauteilen nicht am
Markt verfügbar. Anderseits ist das Passivhaus-Institut
seit Anbeginn seiner Tätigkeit nicht von seiner einseitigen
18
Fokussierung auf Energiekennwerte abgewichen. Eine
Weiterentwicklung wie das schweizerische Pendant zum
deutschen Passivhaus „Minergie-Eco“, welches z.B. das
Innenraumklima, Tageslicht, Schallschutz und die Ökologie von Baustoffen bewertet, gibt es beim Passivhaus
nicht. Weiterhin werden auch erneuerbare Energien nur
19
teilweise in der Energiebilanz berücksichtigt: Energiegewinne, z.B. aus einer Photovoltaikanlage, werden nicht
berücksichtigt.
Moderne Zertifizierungssysteme zum Nachhaltigen Bauen wie die DGNB aus Deutschland, LEED aus den USA
20
und BREEAM aus Groß-Britannien haben den Anspruch
sämtliche Aspekte des nachhaltigen Bauens zu bewerten. Eine Weiterentwicklung des Passivhauskonzepts
über eine reine Energiebetrachtung hinaus wäre aus
unserer Sicht wünschenswert.
Ausblick
Abbildungen 18 Zertifizierung DGNB ∙ 19 Zertifizierung
LEED ∙ 20 Zertifizierung breeam
Die Baugesetzgebung bewegt sich in Bezug auf Energieeffizienz immer mehr auf die Zielwerte des Passivhauses zu. Passivhaustaugliche Gebäudehüllen und
Gebäudetechnikkomponenten werden in einigen Jahren
zum Standard gehören. Ab 2020 fordert die EU in der
Gebäuderichtlinie EPBD, dass Neubauten nur noch im
„Fast-Null-Energiestandard“ errichtet werden dürfen.
Architektur wird sich also immer mehr mit energierelevanten Anforderungen auseinandersetzen müssen.
Dennoch dürfen Architekten sich nicht als einfache
Erfüllungsgehilfen von Energiestandards und Zertifizierungssystemen sehen. Sie müssen eine Leistung erbringen, welche in keinem Bewertungskriterium abgefragt
wird: Architekten müssen dafür sorgen, dass ein Gebäude schön ist und seine Nutzer es mögen. Sie haben eine
besondere Verantwortung gegenüber dem Stadtbild und
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der Gemeinschaft und müssen die Bedürfnisse künftiger
Generationen planend schon heute berücksichtigen.
Anmerkungen
1 Musall, E., Voss, K. , Nullenergiegebäude, München, 2011
2 vgl. Behling, Stefan, et. Al., Sol Power, München, 1996
3 Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
4 Frankfurter Allgemeine Zeitung, Artikel vom 23.10.2010
5 vgl. Studie „Passivhaussiedlungen in Deutschland“,
Hafencity Universität Hamburg, 2008
6 Studie „Passivhaussiedlungen in Deutschland“,
Hafencity Universität Hamburg, 2008
7 Produktdeklaration „WDVS mit EPS-Dämmplatte geklebt“, Institut Bauen und Umwelt e.V., aufgerufen am 02.11.2011
Abkürzungen
• PHPP: Passivhausprojektierungspaket
• WDVS: Wärmedämmverbundsystem
• DGNB: Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen
• LEED: Leadership in Energy and Environmental Design
• BREEAM: Building Research Establishment Environmental Assessment Method for buildings
• EPBD: Energy Performance of Buildings Directive
Abbildungen
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Projektentwicklung
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Abb.1
Abb.2
Abb.3
Abb.4
Abb.5
Abb.6
Abb.7
Abb.8
Abb.9
Abb.10
Abb.11
Abb.12
Abb.13
Abb.14
Abb.15
Abb.16
Abb.17
Abb.18
Abb.19
Musall, E.,Voss, S., Nullenergiegebäude, München, 2011
Energieagentur NRW, http://www.energieagentur.nrw.de/info
grafik/grafik.asp?TopCatID=3106&CatID=3131&RubrikID=3131, aufgerufen am 09.08.2011
Internationale Passivhaustagung, http://www.passivhaustagung.
de/Kran/Passivhaus_Fruehjahr_Winter.htm, aufgerufen am 01.09.2011
in Anlehnung an Informationsbroschüre der Firma Variotec, http://passivhausfenster-zertifiziert.de/hp863/Aufbruch-in-neue-
Dimensionen.htm, aufgerufen am 07.10.2001
(c) Lisa Farkas, Wiesbaden
eigene Darstellung
(c) Jo. Franzke Architekten
Hegger, Fuchs, Stark, Zeumer, Energieatlas, München, 2008
ebd.
ebd.
eigene Darstellung
Leitfaden des BMVBS, „energetisch sanieren gestalten –
Baubestand nachhaltig weiterentwickeln, http://www.bmvbs.
de/SharedDocs/DE/Artikel/B/leitfaden-energetisches-sanieren-
gestalten.html, aufgerufen am 15.09.2011
ebd.
(c) Christian Richters, Münster
Feba Fenster und Türen, http://www.feba.de/unternehmen/
referenzen/, aufgerufen am 17.09.2011
eigene Darstellung
ebd.
Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen, http://www.
dgnb.de, aufgerufen am 20.09.2011
U.S. Green Building Council, http://www.usgbc.org, aufgerufen am 17.10.2011
Abb.20 Building Research Establishment Environmental
Assessment Method, http://www.breeam.org/, aufgerufen am 17.10.2011