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Vom Einzelgebäude zum Quartier – Symposium zu Energie-Plus-Konzepten

Laut Definition produziert ein Gebäude nach „Effizienzhaus Plus Standard“ der Bundesregierung mehr Energie, als es verbraucht. Es wird nach EnEV 2009 mit DIN 18599 bilanziert und muss sowohl einen negativen Endenergie- als auch einen negativen Primärenergiebedarf haben, Beleuchtung und Haushaltsgeräte mit eingerechnet. Die Berechnung bezieht sich dabei auf die Jahresbilanz. Im Förderprogramm befinden sich aktuell 37 Modellvorhaben, darunter auch einige Sanierungsobjekte, die diesen „Plus-Energie-Standard“ erfüllen. Erste realisierte Leuchtturmprojekte – die auch auf weiteren Gebäudeenergiekonzepten dezentraler Energieversorgung basieren, wie dem Plusenergie- oder Aktivhaus-Konzept – ermöglichen nun, nach ein bis zwei Jahren Laufzeit, ein erstes Zwischenfazit. Viele Projekte wurden einem technischen und sozial-wissenschaftlichen Monitoring unterzogen. Architekten, Ingenieure, Vertreter des BMUB, Forscher und Soziologen trafen sich in Frankfurt – der kommenden Plusenergiehaus-Metropole – zu einem Expertengespräch und öffentlichen Symposium. Die vierte Veranstaltung der Reihe „Die Zukunft des Bauens“ von DETAIL research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau stand unter dem Tagesmotto „Ganzheitliche Konzepte zur Erstellung von Plusenergiehäusern“.

Die Forschung ist der Praxis immer einen Schritt voraus. Entwicklung des energiesparenden Bauens (Quelle: Fraunhofer IBP)

Wer über Plusenergiehäuser diskutieren möchte, der muss sich mit Politik und Energieversorgung, mit Gesetzen, Normen und Berechnungen wie der EnEV oder dem Passivhaus-Projektierungs-Paket PHPP, mit neuen Produkten und Technologien auseinandersetzen. Unabhängig von High-Tech- oder Low-Tech-Ansatz, von elitären Einzelobjekt- oder städtischen Quartier-Lösungen, von Neubau bis Sanierung, bei allen Energieplus-Konzepten liegt der Schlüssel zum Erfolg darin, die Menschen zu begeistern, so das Fazit des Symposiums.

Pilotprojekt Effizienzhaus Plus in Berlin (Quelle: BMUB)

Neben der Entwicklung neuer Baumaterialien und der Anwendung innovativer Technologien beschäftigt sich die Forschungsinitiative Zukunft Bau auch mit zukunftsgerechten Gebäudekonzepten. Im Jahr 2010 wurde der Effizienzhaus Plus Standard durch die Forschungsinitiative eingeführt, den Häuser erfüllen, welche in der Bilanz mehr Energie im Jahr erzeugen als für deren Betrieb notwendig ist. Dieses „Plus“ an Energie soll insbesondere für die Elektromobilität oder Quartiersversorgung zur Verfügung stehen. Neben dem Pilotprojekt der Bundesregierung „Mein Haus, meine Tankstelle!“ in Berlin, ist seit 2011 ein bundesweites Netzwerk aus unterschiedlichen Modellvorhaben im Ein- und Mehrfamilienhausbau durch das Förderprogramm Effizienzhäuser Plus aufgebaut worden. Helga Kühnhenrich zeigte als Vertreterin der Forschungsinitiative Zukunft Bau in ihrem Vortrag "Effizienzhaus Plus – Status Quo, Potenziale, Entwicklungen" realisierte und sich im Bau befindende Objekte. Das wohl bekannteste Objekt der Initiative ist das Effizienzhaus Plus von Werner Sobek Architekten in Berlin. Das Gebäude ist alles andere als ein „normales“ Wohngebäude, es fungiert gleichzeitig als Anschauungs- und Experimentierobjekt des Bundes. Momentan ist erneut eine vierköpfige Familie eingezogen, die das Haus für ein Jahr bewohnen wird. Der Energieverbrauch der Testfamilie kann dabei über eine eine Live-Schaltung im Internet mitverfolgt werden. „Wir wollen wirklich sehr transparent sowohl mit den Erfolgen als auch mit Problemen, die sich bei diesem Gebäude ergeben haben, umgehen. Die ersten Jahre haben gezeigt, dass das Konzept ein voller Erfolg ist. Das Plus wurde schon im ersten Betriebsjahr erreicht“, bilanziert Helga Kühnhenrich. „Von diesem Pilotprojekt ausgehend hat sich ein Netzwerk von Ein- und Mehrfamilienhäusern entwickelt. Nun weisen wir das Konzept auch im Bestand nach und möchten das Netzwerk auch auf den Nicht-Wohnungsbereich ausweiten. Durch die Beschäftigung mit dem Thema haben wir auch gelernt, dass das Konzept bei der Betrachtung von Einzelgebäuden an seine Grenzen stößt. Deshalb wird die Erweiterung auf die Quartiersebene in Zukunft eine große Bedeutung spielen“, erläutert Helga Kühnhenrich die kommenden Schritte.

Netzwerk Effizienzhaus Plus (Quelle: Fraunhofer IBP)

Antje Bergmann setzt sich für das Fraunhofer Institut für Bauphysik in Stuttgart im Rahmen der Begleitforschung der Modellvorhaben im "Effizienzhaus Plus-Standard" der Bundesregierung mit dem technischen Monitoring auseinander. In ihrem Gemeinschaftsvortrag mit Dr. Eva Schulze "Ergebnisse des technischen und sozialwissenschaftlichen Monitorings der BMUB Initiative Effizienzhaus Plus" erklärt sie: „Bei der Auswertung fällt immer stärker auf, dass der Bezug zur Umgebung, zum Quartier, zur Stadt wichtiger wird. Die Definition des Effizienzhaus Plus hört mit der Grundstücksgrenze auf. Das Konzept ist aber nicht als Lösung für den Einzelnen gedacht. Wir müssen an den Bestand ran und wir müssen im Netzwerk denken!“ Die geförderten Modellvorhaben unterscheiden sich sowohl in der architektonischen Gestaltung als auch in ihrer baulichen Ausführung und der technischen Ausstattung. Neben der Erforschung der Vielfalt der technischen Lösungen wird der neue Gebäudestandard unter realen Nutzungsbedingungen getestet. Ziel ist es, alle Energieströme messtechnisch zu erfassen und energetisch zu bewerten.

Darstellung der Messwerte am Beispiel des Schwörer Haus, Monitoring 03.2012 bis 12.2012 (Quelle: Fraunhofer IBP)
(Quelle: Grafiken Bergmann, Fraunhofer IBP Stuttgart)

Neun der elf Projekte, die im ersten Messjahr ausgewertet wurden, haben das "Plus" erreicht. Bis auf wenige Ausnahmen war der Energieüberschuss jedoch geringer als vorherberechnet. Antje Bergmann weist jedoch darauf hin, dass der Erfolg eines solchen Projekts nicht nur allein anhand der Zahlen gemessen werden darf. „Die Energiewende ist auch eine Technologiewende. An die neue Technik müssen wir uns erst gewöhnen. Wir befinden uns gerade im Wandel von fossilen zu erneuerbaren Energieträgern. Ich glaube trotzdem nicht, dass die Technologie die einzig richtige Lösung ist,“ so Bergmann und schafft damit die Überleitung zum Vortrag zur sozialwissenschaftlichen Begleitforschung.

Die „Testfamilie“ bei der Einweisung in das Haus und die E-Mobile (Quelle: BMUB)

Diese Forschung wird von Dr. Eva Schulze vom Berliner Institut für Sozialforschung GmbH durchgeführt. Zum ersten Mal werden das Energieverbrauchsverhalten und die Motive der Bewohner von Plusenergiehäusern analysiert. Ziel ist es, wissenschaftlich zu belegen, ob und wie Menschen positiv beeinflusst werden können, verantwortungsbewusst mit Ressourcen umzugehen. „Bislang interessieren sich ausgewählte Personengruppen für das Leben in einem Effizienzhaus Plus. Sie haben ihre Werte an Energieeffizienz und Umweltschutz orientiert oder haben großes Interesse an der verbauten Technik. Sie schätzen den Imageaspekt und die Vorreiterrolle, die das Leben in einem Effizienzhaus Plus mit sich bringt. Für das Gros der Gesellschaft zählt jedoch primär, dass die Energiewende bezahlbar sein muss.“ Das BIS erhebt Informationen im Bereich der Wohnqualität von Plusenergiehäusern und ihrer Energieeffizienz unter realen Nutzungsbedingungen. Erfasst werden die Alltagstauglichkeit der eingesetzten Technologien und die Auswirkungen der Technik auf das Wohlbefinden und den Lebensalltag von Bewohnern. Nach den Ergebnissen der Befragung sind – unabhängig von den ursprünglichen Motiven – 100 Prozent der Befragten mit ihrer neuen Wohnsituation zufrieden.

Haussteuerung im Effizienzhaus Plus (BMUB)

Innovativ geplante Gebäude und Quartiere im Energieplus-Standard leisten mit einem Energieüberschuss im Jahres- oder Lebenszyklus einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende. Dieses Plus wird durch ein intelligentes Zusammenspiel verschiedener Technikbausteine erzielt. Dabei spricht sich Prof. Dr. M. Norbert Fisch in seinem Vortrag "Gebäudetechnik für den EnergiePLUS-Standard" stark für den Aktivhaus-Standard aus, der den Passivhaus-Standard bereits abgelöst habe. Nur Energie zu sparen, ist zu wenig. Fisch plädiert für die Nutzung des Potenzials eines "Gebäudes als Kraftwerk" und nun auch in der Weiterentwicklung eines "Gebäudes als Tankstelle". Zwei Aspekte werden dabei die zukünftigen Konzeptionen im Gebäudebereich nachhaltig verändern: Strom wird als Energieträger zunehmend an Bedeutung gewinnen. Dieser lässt sich wirtschaftlich konkurrenzfähig zum Netzstrom durch gebäudeintegrierte Photovoltaik erzeugen und durch Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen zur Wärme- bzw. Kälteversorgung von Gebäuden nutzen. Weiterhin werden sich zukünftige energetische Standards mehr denn je an ihrem gesamtökonomischen Optimum aus Bedarfsreduzierung und ökologischer Energieversorgung messen lassen müssen.

future:solar Energieversorgungsvarianten für Plusenergiekonzepte (Quelle: IGS, TU Braunschweig)
Plus-Energie-Mehrfamilienwohnhaus Frankfurt Riedberg, Nassauische Heimstätte, HHS Planer + Architekten, Kassel
Energiekonzept für das Plus-Energie-Wohnhaus in Riedberg, IGS TU Braunschweig

Diese Behauptungen belegte Prof. Fisch mit Einblicken in die Arbeit des Forschungsvorhabens future:solar der TU Braunschweig. Anhand von verschiedenen Gebäudetypologien, von Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie auf Quartiersebene, wurde eine umfassende Systemanalyse zum technischen und wirtschaftlichen Potenzial der Solarenergie für eine 50 und 100 % erneuerbare Energieversorgung durchgeführt. Dabei wurden sowohl Neubauten als auch Sanierungsobjekte berücksichtigt und auf ihre Bedarfswerte, verschiedene Anlagenkomponenten, Speichermedien und Betriebsstrategien analysiert. Das Fazit  lautet: „Das Heizsystem der Zukunft basiert auf Strom – auf Photovoltaik und Wärmepumpe.“ Prof. Fisch spricht in diesem Zusammenhang auch vom „Stromhaus“. Für den Einsatz von Solarthermie sieht er hingegen bei Plus-Energie-Häusern keine relevanten Zukunftschancen. 

Eine ungewöhnliche Art der Energieerzeugung stellte Martin Pauli von Arup Deutschland GmbH Berlin in seinem Vortrag "Hinterlüftete Fassadenkonstruktion aus Photobioreaktoren als Energieerzeugungssystem" vor. Das Büro beschäftigt sich im Rahmen eines geförderten Forschungsprojekts mit der Erzeugung von Algenbiomasse als Energiequelle. „Algen, bzw. Photosynthese, zählt zu den erneuerbaren Energien. Algen wachsen zehn Mal schneller als jede andere Pflanze. Zum Betreiben der Photosynthese braucht sie Licht, CO2 und einige Nähstoffe. Dadurch vermehren sie sich. Der Anteil der erneuerbaren Energien liegt momentan bei 12 %, aber innerhalb dieses Anteils macht die Biomasse mit 8,2 % einen sehr großen Part aus. Dies war der Auslöser, sich auf Algen zu konzentrieren und diese mit dem Gebäude assoziiert wachsen zu lassen“, so Pauli. Das Projekt "BIQ", welches 2013 im Rahmen der IBA Hamburg präsentiert wurde, zeigte weltweit das erste Gebäude mit einer Bioreaktorfassade als Teil des regenerativen Energiekonzepts. In plattenförmigen, an den Fassaden angeordneten Glaselementen werden Mikroalgen gezüchtet, die durch Photosynthese und Solarthermie Biomasse und Wärme produzieren. Das Konzept für den Einsatz an der Fassade des Wohngebäudes wurde von der Arup Deutschland GmbH in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern SSC GmbH und Colt International GmbH entwickelt. Neben den energetischen und technischen Aspekten gibt Pauli auch Einblicke in mögliche kommende Anwendungen. Das noch laufende Monitoring hat bereits gezeigt, das der technische Aufwand der Algenernte relativ hoch und kostenintensiv ist, so dass sich eine rein thermische Verwertung als Biogas finanziell nicht rechnet. Allerdings ist die Qualität der gezüchteten Algen sehr hochwertig. Im Moment erscheint eine Nutzung der Ernte als Nahrunsergänzungsmittel oder im Bereich der Pharmaindustrie lukrativer. Die Ergebnisse des energetischen Monitorings und die Auswertung des bisherigen Einsatzes der Algenfassade wird Ende 2014 veröffentlicht.

Blick zwischen Primärfassade und Bioreaktorpaneele (Quelle: Arup Deutschland GmbH)

Im Gegensatz zu der futuristisch anmutenden Bioreaktorfassade, stellt Prof. Ingo Lütkemeyer im Vortrag "Integrierte architektonisch-technische Konzeption für eine Plus-Energie-Schule" einen bewusst technikreduzierten Ansatz vor. Er zeigt, dass sich Plus-Energie-Konzepte auch erfolgreich im größeren Maßstab auf öffentliche Gebäude wie Schulen übertragen lassen. Dabei verfolgt die Strategie von IBUS Architekten einen ganzheitlichen „Low-Tech“- und „Low-Cost“-Ansatz. Voraussetzung hierfür ist ein integriertes Planungskonzept, das zu einer ganzheitlichen Architektur führt, die alle technischen, energetischen und funktionalen Anforderungen zusammenführt. „Wenn wir als Architekten über das Thema Plus-Energie-Schule sprechen, dann sprechen wir nicht nur über Energie, sondern wir sprechen über das Planen von Gebäuden, über komplexe Anforderungen und sich verändernde Nutzungsprofile. Wir sprechen über neupädagogische Konzepte, über neue Anforderungen an den Raum, den Raum als "dritten Pädagogen". Wir sprechen über Beteiligungsprozesse, wir sprechen über die Schule als Lebensort“, erläutert Prof. Lütkemeyer seinen integrierten Ansatz, bei dem das Energiekonzept relevant, aber nicht übergeordnet sein darf. Anhand der Grundschule Niederheide in Hohen Neuendorf, die als erste deutsche Plus-Energie-Schule geplant wurde, erklärt Prof. Lütkemeyer das Konzept: „Wir haben die Tendenz, die Dinge komplizierter zu machen, als sie sind. Wir müssen ein vernünftiges Haus bauen. Und dann kommt die notwendige, möglichst einfache Technik dazu. Wir müssen genau hinsehen, die Typologien unterscheiden und nach einfachen, angepassten Lösungen suchen.“

Grundschule Niederheide, Hohen Neuendorf (Quelle: IBUS Architekten)
Übersicht der Ergebnisse (Quelle: sol-id-ar planungswerkstatt berlin)

Diese Meinung wird auch von Prof. Sebastian Fiedler geteilt, der das "Konzept OnTop – Plusenergie für den Bestand" des Studententeams der FH Frankfurt am Main zum Wettbewerb Solar Decathlon Europe 2014 vorstellt. Der Beitrag „Ontop“ befasst sich ganzheitlich mit drängenden Zukunftsfragen des verdichteten, urbanen Bauens. „Es geht darum, das Thema Plusenergiegebäude weiterzudenken. Es gilt nicht mehr ein dekoratives kleines Plusenergiegebäude zu bauen, sondern sich mit den Themen zu beschäftigen, die auch den Architekturdiskurs prägen.“ Die Herausforderungen für den Gebäudebereich liegen in Deutschland vor allem in der Erreichung der Ziele der Energiewende durch Reduktion des Energiebedarfs und Steigerung der dezentralen Erzeugung erneuerbarer Energien. Weiterhin sind der demographische Wandel mit einer alternden Gesellschaft und einer steigende Land-Stadt-Migration zu berücksichtigen. Beide Herausforderungen können nur gemeistert werden, wenn die Masse des Gebäudebestands miteinbezogen wird. Diese stellt Planer vor zusätzliche Aufgaben: In wachsenden Großstädten steht zu wenig Wohnraum zur Verfügung, der Bedarf an neuen Verdichtungsstrategien ist hoch. Die aktuelle Sanierungsrate des Bestands ist zu gering, um die energetischen Zielsetzungen der Bundesregierung zu erreichen. Zusätzlich fungieren energetische Sanierungen nicht selten als Deckmantel für Luxussanierungen, die eine Gentrifizierung fördern. Der Beitrag „Ontop“ versucht mit einem einfachen Konzept, das als integrativer Stadtbaustein neue Potenziale eröffnet und einen Mehrwert für den Bestand schafft. Das Konzept basiert auf der Nachverdichtung durch Aufstockung. Dadurch wird die vorhandene Infrastruktur optimal genutzt, ohne weitere Flächen zu versiegeln. Der wirtschaftliche Gewinn aus der Vermarktung der Aufstockung kommt dem Gebäude darunter zugute, wodurch die energetische und altersgerechte Sanierung des Bestands mitfinanziert werden kann. Durch die dezentrale Erzeugung erneuerbarer Energien auf dem neu aufgesetzten Gebäudeteil, der für sich gesehen ein Plusenergiegebäude ist, wird die Energiebilanz des Gesamtgebäudes deutlich verbessert. Durch das Zusammenspiel von Aufstockung und Bestand können der Eigenverbrauchsanteil maximiert und die Verluste des Bestands, wie beispielsweise Lüftungswärmeverluste, als Energiequellen genutzt werden. Wir wünschen dem Team der FH Frankfurt mit ihrem Symbionten zum Solar Decathlon Europe 2014 viel Erfolg in Versailles!

(Quelle: www.ontop2014.de)

Veranstaltungsreihe "Die Zukunft des Bauens"

Die Veranstaltungsreihe zeigt Architekten Chancen und Potenziale für neue Märkte auf und bietet ihnen die Möglichkeit, sich mit Akteuren aus Forschung, Industrie und Politik zu vernetzen. Vorträge und öffentliche Diskussionen stehen gleichermaßen im Fokus wie der persönliche Austausch.

 

Berlin, Donnerstag, 20. Februar 2014
Höhere Effizienz und Recyclingfähigkeit dank neuer Materialkombinationen

Stuttgart, Donnerstag, 13. März 2014
Energieeffizientes Bauen

Hamburg, Donnerstag, 10. April 2014
Innovationen im Bestand

Frankfurt, Donnerstag, 22. Mai 2014
Ganzheitliche Konzepte zur Erstellung von Plusenergiehäusern

München, Donnerstag, 26. Juni 2014
Modernisierung des Wohnungsbestands

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