Das IBO Musterhaus als simpler Prototyp eines österreichischen Einfamilienhauses – wie kann in diesem Fall der Passivhaus-Standard neu erreicht werden? Welche (Optimierungs-)Maßnahmen hinsichtlich Wärmeversorgung, Einsatz erneuerbarer Energien etc. müssen dafür gesetzt werden? Welche Haustechniksysteme schneiden im neuen Schema des aktuellen PHPP V.9 mit der Differenzierung in Passivhaus Classic, Plus und Premium am besten ab? Diese Fragen waren der Ausgangspunkt für die interne Studie des IBO.
Exkurs
Viel wird gereist und geredet um in internationalen Konferenzen, zuletzt in Paris, dem Klimawandel Einhalt zu gebieten. Aber welche Wege gibt es aus der Theorie in die Praxis? Was bedeutet das für den Gebäudesektor, der immerhin für ca. ein Drittel der CO2-Emissionen verantwortlich gemacht wird? Die Erfinder des Passivhauses aus Darmstadt haben mit den neuen Klassen Passivhaus Plus und Premium konkrete Anhaltspunkte für die Senkung des Energieverbrauches für den Betrieb von Gebäuden geliefert. darüber hinaus wird die die Energieerzeugung vor Ort gefordert.
Passivhäuser, erfunden um möglichst wenig Energie für das Warmhalten eines Gebäudes zu verbrauchen, werden mittlerweile in aller Welt, in allen Klimazonen gebaut. Längst geht es nicht mehr nur ums Warmhalten, auch Kühlen und Stromverbrauch für Haushaltsgeräte und die Haustechnik werden mit dem ausgereiften Berechnungswerkzeug PHPP optimiert.
Als Argument für die aufwändigere Bauweise wurden lange Jahre niedrige Betriebskosten ins Treffen geführt. Beweggründe für die Politik dieses Konzept in Wohnbauförderungen und Bauordnungen zu berücksichtigen, sind vor allem Energieautarkie und Klimaschutz.
Und mit COP Paris und der Enzyklika von Papst Franziskus erfuhr dieses Anliegen neuen Auftrieb. Angesichts der geradezu inflationär gehandelten Gold, Platin, Diamant-, 5-Perlen-Auszeichnungen bekannter Gebäudezertifizierungen entwickelte auch das Passivhaus Darmstadt Klassen für die Passivhauszertifizierung.
Häuser, die den bisherigen Anforderungen genügen, werden nun als PH Classic bezeichnet. Weil die globale Herausforderung Klimaschutz auf Gebäudeebene global gelöst werden soll, hat das PH Institut eine politische Entscheidung getroffen und sagt: Die (wenige) erforderliche Energie muss zu 100% aus erneuerbaren Energiequellen stammen.
Gewöhnungsbedürftig für Österreich ist der Ansatz, Biomasse, also die hierzulande so beliebte Holzheizung, in diesem globalen Konzept als beschränkte Ressource zu betrachten. Im Gegensatz zu früher kann also eine Biomasseheizung nicht mehr sehr viel zur Erreichung der strengen Ziele beitragen. Die Passivhausklassen Plus und Premium sind nur mit geringstem Bedarf für den Betrieb und der Erzeugung von Energie direkt am oder im Haus zu erreichen.
Die Klassen des Passivhaus-Standards neu
Das PHI Darmstadt hat das bisherige Konzept des Passivhauses auf ein Modell umgestellt, dass von einer Energieversorgung aus 100 % erneuerbaren Energiequellen, gesamtvolkswirtschaftlich gesehen, ausgeht. Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Gebäude auf Bedarfsminimierung und auf den Einsatz erneuerbarer Energiequellen hin zu optimieren.
Das bisherige Passivhaus wird in diesem Konzept zum „Passivhaus Classic“, und dabei gleichzeitig um zwei weitere Klassen, erweitert: „Passivhaus Plus“ und „Passivhaus Premium“. „Anstelle des Primärenergiekennwerts (nicht erneuerbar) tritt mit der Einführung der neuen Klassen der Gesamtbedarf „Erneuerbarer Primärenergie“ sowie die Energieerzeugung vor Ort. Bei einem Passivhaus Classic liegt dieser Wert bei maximal 60 kWh/(m²a). Ein Passivhaus Plus ist effizienter: Es darf nicht mehr als 45 kWh/(m²a) erneuerbare Primärenergie benötigen. Zudem muss es – bezogen auf die überbaute Fläche – mindestens 60 kWh/(m²a) Energie erzeugen. Beim Passivhaus Premium ist der erneuerbare Energiebedarf sogar auf 30 kWh/(m²a) begrenzt, die Energieerzeugung muss mindestens 120 kWh/(m²a) betragen. In engen Grenzen kann dabei Erzeugung durch Bedarf substituiert werden und umgekehrt.“ (PHI, 2016). Für die Zertifizierung besteht nach wie vor die Möglichkeit, den klassischen Weg zu beschreiten, d.h. den Nachweis über den nicht erneuerbaren Primärenergiekennwert zu führen, der nach wie vor mit 120 kWh/m²a (mit den bisherigen PE-Umrechnungsfaktoren) begrenzt ist. In Kürze wird der Nachweis mit angepassten Anforderungen auch über nationale Konversionsfaktoren (insbesondere für den Strom-Mix) möglich sein.
Das Gebäude – die Varianten
Eine Erdgeschoßzone mit einer großzügigen Wohnküche, einem kleinen Abstellraum sowie einem WC, im Obergeschoß mit drei Schlafzimmern sowie einem Bad – so könnte ein klassisches Einfamilienhaus (EFH) für 4 Personen in Österreich gestaltet sein. Die Wohnnutzflä-che des IBO Musterhauses beträgt rund 125 m². An der Südfassade des EFHs sind große Fensterflächen vorgesehen, an der Nordfassade kleinere, während gen Westen und Osten die Hüllflächen völlig opak gestaltet sind. Ein Kellergeschoß kann optional hinzugefügt werden. Tabelle 1 zeigt die berechneten Projektvarianten, die sich in Bauweise sowie Haustechniksystem unterscheiden.
Alle Projektvarianten wurden im PHPP V9.4 berechnet und mit DesignPH modelliert.
Wie kann der Premiumstandard erreicht werden?
Ausgangspunkt für die energetische Optimierung bildete ein Gebäude mit Keller. Die Wärmeversorgung erfolgt über Pelletsheizung in Kombination mit einer 5 m² großen thermischen Solaranlage (Vakuumröhrenkollektor). Der Warmwasserdeckungsbeitrag beträgt rund 55 % – eine für den EFH-Bereich übliche Auslegung (Variante 1a). Trotz passivhaustauglicher Außenhülle und einem HWB von 11,3 kWh/m²EBFa konnte der Passivhausstandard Classic nicht erreicht werden. Der Primärenergiebedarf erneuerbar liegt mit ca. 82 kWh/m²a zu hoch – der Grenzwert wäre bei 75 KWh/m²a (60 plus 15 bei Energieerzeugung vor Ort), also deutlich darunter! Warum ist der Primärenergiebedarf erneuerbar so hoch? – Schließlich erfolgt die Wärmebereitstellung doch erneuerbar über Biomasse und Solarthermie.
Die neue Berechnungsmethode des PHI (Passivhaus Institut) Darmstadt sieht für Biomasseheizungen weltweit ein durchschnittliches Kontingent vor – die Biomasse ist als begrenzte Ressource definiert, die nicht beliebig zur Verfügung steht. In dem neuen Konzept können nur bis zu 20 kWh/m²a des Endenergiebedarfs mit erneuerbarer Biomasse abgedeckt werden. Darüber hinaus wird der Einsatz von Biomasse so bewertet, als ob das Objekt über Strom (zwar aus erneuerbaren Quellen, aber mit Netzbezug) mit Wärme versorgt wird. Fällt der Bedarf im Winter an, ist der PER-Konversionsfaktor nochmals leicht erhöht. Darüber hinaus wird selbstverständlich auch der Haushalts- und Hilfsstrom in der Bilanzierung erfasst.
Classic Standard erreicht man daher erst ab einer Vakuumröhren-Kollektorfläche von mindestens 7 m² (gilt für das IBO Musterhaus mit Flachdach und Keller). Je höher der Anteil der teilsolaren Heizungsunterstützung ist, desto stärker reduziert sich der PER-Wert. Dennoch ist das Konzept (auch mit PV-Unterstützung) auf die Classic-Variante beschränkt, Plus und Premium werden aufgrund des erhöhten PER-Wertes (und der nur bedingt möglichen Kompensation durch Energieerzeugung vor Ort) für dieses Haustechnikkonzept nicht erreicht.
Ein Passivhaus Classic ist darüber hinaus z.B. mittels Wärmepumpenkompaktgerät zu erreichen, wie in Variante 2.
Für den Passivhaus-Plus-Standard ist ein bestimmtes Maß an Energieerzeugung vor Ort (über die Wärmerückgewinnungseffekte der Lüftungsanlage hinaus) obligatorisch. Die Schwelle zum Plus-Passivhaus kann mit einer zusätzlichen Reduktion des Endenergie-Bedarfs aber leichter überschritten werden. Empfohlen werden Trocknen mit Wäscheleine statt Trockner, Gefrierkühlkombi anstelle getrennter Geräte, Warmwasseranschluss für Geschirrspüler sowie Waschmaschine, LED, Induktionsplatte beim Herd. Mit der zusätzlichen Installation von ca. 15 m² PV-Fläche neben 11 m² Solarkollektoren geht sich knapp der PH-Plus-Standard aus (Variante 9).
Bei Weglassen der Solarkollektoren muss die PV-Fläche auf 33 m² (monokristalline Module) erhöht werden, um Passivhaus-Plus zu erreichen (Variante 3). Die Belegung der Dachfläche beträgt dann 42 %. Die Module wurden im 45°-Winkel aufgeständert.
Das Gebäude im Premium-Standard ist mit einer effizienteren Wärmepumpenanlage ausgestattet. Die PV-Anlage (Mono-Silizium) wurde auf 62,6 m² erhöht. Damit werden 82 % der verfügbaren Dachfläche genutzt. Zusätzlich wurde eine thermische Solaranlage mit 2 m² Flachkollektoren installiert (Variante 4).
Mit einer Sole-Wärmepumpe (horizontaler Erdkollektor) kann der PER-Bedarf nochmals gesenkt werden. Bei einer ansonsten gleichen Ausstattung wie Variante 4 könnte die PV-Fläche auf 58 m² reduziert werden. Lässt man die thermische Solaranlage gänzlich weg, wären
69 m² PV nötig. In Variante 5 ist das Ergebnis für 4 m² thermische Solaranlage und 49 m² PV dargestellt – die PV-Fläche konnte gegenüber Variante 4 so um 13,6 m² verringert werden! Die PV-Anlagen lassen sich bei optimaler Ausrichtung (keine Verschattung) und dem Einsatz polykristalliner Module sowie geringfügiger, weiterer Optimierungsschritte in der Reduktion des Endenergiebedarfs bei den Varianten Premium nochmals um 7–8 m² reduzieren, in Kombination mit einer 4 m² großen thermischen Solaranlage um max. 4 m².
Das Sanierungsgebäude mit Satteldach (Variante 11) hat grundsätzlich die gleiche Haustechnik wie Variante 3. Allerdings musste die PV-Anlage auf 34,6 m² Modulfläche vergrößert werden, um im Plus-Standard zu bleiben. Das Satteldach hat eine Neigung von 35°, weshalb eine größere PV-Fläche benötigt wird, um den gleichen Energiegewinn wie mit einer im 45°-Winkel aufgeständerten Anlage zu erreichen. Vorausgesetzt wird für die Sanierungsvariante eine Gebäudehülloptimierung auf Neubaustandard (HWB von ca. 15,2 kWh/m²a). Ohne PV-Anlage, ausgestattet mit Pelletsheizung und 11 m² thermischer Solaranlage wird der Classic-Standard nicht erreicht.
Was tun? – Fazit und Ausblick
Die Strategie des PHI Darmstadt ist eindeutig: Um als Passivhaus nach dem neuen Bewertungsschema zertifizieren zu können, ist es unabdingbar ein erneuerbares Energieversorgungssystem zu verwenden (Nutzung der Umgebungswärme, Sonne, Wind-, Wasserkraft). Biomasse wird in diesem Konzept nur mehr bis zu einem bestimmten Ausmaß angerechnet und eignet sich deshalb für ein Passivhaus in den Stufen Plus bis Premium für EFH bzw. Gebäude mit geringer Kompaktheit nicht. Dies ist ein völliger Paradigmenwechsel in der Thematik Erneuerbare Energieversorgung. Eine Erdreich-Wärmepumpe erreicht eine noch größere Effizienz als ein Wärmepumpenkompaktgerät mit Fortluftwärmepumpe – PV-Module können eingespart werden.
Literatur
PHI, 2016. Die neuen Passivhaus-Klassen. http://passipedia.de/zertifizierung/passivhaus-klassen. Abgerufen am 23.05.2016.
Passivhaus Projektierungs-Paket PHPP Version 9.2 (2015): Das Energiebilanzierungs- und Passivhaus-Planungstool für qualitätsgeprüfte Passivhäuser und EnerPHit-Modernisierungen, Hg.v. Passivhaus Institut, Darmstadt 2015
