Passivhaus

Unter einem Passivhaus wird in der Regel ein Gebäude mit einer Lüftungsanlage verstanden, welches aufgrund seiner guten Wärmedämmung keine klassische Heizung benötigt. Genauer betrachtet beschreibt der Begriff einen Energiestandard für Gebäude. Die präzise Definition lautet:
„Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in welchem die thermische Behaglichkeit (ISO 7730) allein durch Nachheizen oder Nachkühlen des Frischluftvolumenstroms, der für ausreichende Luftqualität (DIN 1946) erforderlich ist, gewährleistet werden kann – ohne dazu zusätzlich Umluft zu verwenden.“

Diese Häuser werden „passiv“ genannt, weil der überwiegende Teil des Wärmebedarfs aus „passiven“ Quellen gedeckt wird, wie Sonneneinstrahlung und Abwärme von Personen und technischen Geräten. Das Ergebnis ist ein hoher Wohnkomfort, gekoppelt mit einem niedrigen Energieverbrauch. Die Bauweise ist nicht auf bestimmte Gebäudetypen beschränkt, es gibt z. B. auch Umbauten und Sanierungen, bei denen der Passivhausstandard erreicht wurde.

Passivhaus-Energiestandard

Die genauen Anforderungen an ein Passivhaus sind im Passivhaus-Energiestandard beschrieben. Dieser ist die Weiterentwicklung des Standards für Niedrigenergiehäuser. Nach dieser vom Passivhaus Institut Darmstadt entworfenen Definition muss ein Passivhaus folgende Kriterien erfüllen:

• Jahresheizwärmebedarf ≤ 15 kWh/(m²a)
• Heizlast ≤ 10 W/m²
• Luftdichtigkeit n50 ≤ 0,60/h
• Primärenergiebedarf ≤ 120 kWh/(m²a) (inkl. aller elektrischen Verbraucher)

Die bedeutendste Einsparung im Vergleich zum konventionellen Wohnungsbau wird beim Heizenergiebedarf mit höchstens 15 kWh/(m²a) erzielt. Dies entspricht umgerechnet etwa 1,5 Liter Heizöl pro Quadratmeter Wohnfläche im Jahr.

Funktionsprinzip

Abb. 1: Schematischer Aufbau Passivhaus

Ein typisches Passivhaus verfügt über die in Abbildung 1 dargestellten Konstruktionsmerkmale. Abweichungen sind an jeder Stelle möglich, solange die Gesamtqualität erhalten bleibt (funktionaler Standard).

Wärmedämmung

Der Schwerpunkt bei der Energieeinsparung im Passivhaus ist die Reduzierung der Energieverluste durch Transmission und Lüftung. Dies wird erreicht durch eine gute Wärmedämmung aller Umfassungsflächen (Dach, Kellerwände, Fundamente, Fenster), eine weitgehend dichte Gebäudehülle und eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung aus der Abluft. Vor allem muss darauf geachtet werden, dass keine Wärmebrücken und Undichtheiten entstehen. Dies gilt auch für die Anschlüsse.

Querschnitt durch ein Kunststoff- bzw. Holzfenster für Passivhaus-Anwendungen

Die Fenster werden bei mitteleuropäischen Passivhäusern meist dreifach verglast, haben selektive Schichten zu jedem Scheibenzwischenraum und sind mit dem Edelgas Argon (selten auch Krypton) gefüllt. Obwohl derartige Fenster immer einen schlechteren Wärmedämmwert aufweisen als gut wärmegedämmte Wände, sorgt doch ein wenig verschattetes Südfenster dieser Qualität durch solare Energiegewinne im Winter für eine positive Energiebilanz. Inzwischen gibt es spezielle Fensterkonstruktionen für Passivhäuser, zum Beispiel mit zwei hintereinander liegenden Fensterflügeln, die höhere solare Gewinne und bestmöglichen Wärmeschutz garantieren. Die Sonnenschutz-Rollos im Zwischenraum integriert, vermeiden Wärmebrücken im Rollladenbereich. Dieser breite Zwischenraum sorgt zusätzlich für die Vermeidung von Wärmeverlusten.

Lüftung

Um auch die Lüftungswärmeverluste zu begrenzen, benötigen Passivhäuser eine kontrollierte Wohnraumlüftung. Diese sorgt für den aus hygienischen Gründen notwendigen Luftaustausch. Daher wird etwa alle 1 bis 4 Stunden die Luft im Haus ausgetauscht (Luftqualität). Bei diesen geringen Luftvolumenströmen sind weder Luftbewegung, Zugluft oder Geräusche wahrnehmbar. Bei höheren Luftwechselraten und bei zu engen Kanälen können Strömungsgeräusche wahrnehmbar sein. Die frische, gefilterte und vorgewärmte Zuluft wird den Wohn- und Schlafräumen zugeführt, gelangt von dort durch Überstromöffnungen (beispielsweise in bzw. über den Türen oder mittels unterschnittener Türblätter) in die Flure und wird in Küchen, Bädern und WCs wieder abgesaugt. Von dort geht die Abluft durch Kanäle zum Wärmeübertrager und schließlich als Fortluft nach draußen. Das Herzstück der Lüftungsanlage ist die Wärmerückgewinnung mit einem Gegenstrom-Wärmeübertrager. Die Wärme aus der Abluft wird zu 80 bis 95 % an die Zuluft abgegeben, dabei findet keine Vermischung der Luft statt. Im normalen Betrieb beträgt der Stromverbrauch einer solchen Anlage ohne Heizfunktion für ein Einfamilienhaus etwa 40 Watt. Es gibt auch Geräte mit einem Rotationswärmetauscher oder Rotationswärmeübertrager, diese haben den Vorteil, dass auch ein Teil der Luftfeuchtigkeit wieder rückgewonnen wird. Der Luftfilter kann auch gegen einen Pollenluftfilter ausgetauscht werden.

Die Kosten betragen für eine Anlage im Einfamilienhaus ca. 6.000 bis 10.000 € (2007) fertig eingebaut je nach Ausstattung.

Passiv

Zur Luftvorwärmung kann ein Erdwärmeübertrager vorgeschaltet werden. Hierzu wird ein Rohr unterirdisch verlegt, das die Zuluft im Winter vorwärmt und im Sommer vorkühlt. Damit kann ohne zusätzliche Vorheizung eine Vereisung des Wärmerückgewinnungsgerätes vermindert werden. Auch hydraulische Erdwärmetauscher haben sich gut bewährt. Letztere haben den Vorteil weitgehender Wartungsfreiheit. Bei Neubauten können sie in Form von Fundamentabsorbern ausgeführt werden.

Aktiv

Die sehr geringe Heizlast eines Passivhauses erlaubt eine Beheizung ausschließlich über die Lüftungsanlage. Dies erfolgt häufig über einen Wasser-Luft-Wärmeüberträger, ein elektrisches Nachheizregister oder eine direkt integrierte Wärmepumpe. Die Zuluft darf dabei nicht über 57 °C aufgeheizt werden, da es sonst zu einer Geruchsbelästigung durch Staubverschwellung kommen kann. Somit kann die maximale Heizleistung nur noch durch einen höheren Volumenstrom gesteigert werden, was Nachteile wie Geräusche, Austrocknung und Zugerscheinungen mit sich bringen kann.

In einem richtig ausgeführten Passivhaus ist die maximale Heizlast immer (auch im Winter) mit der hygienischen Luftwechselrate von 0,3/h erreichbar.

Heizung

Ein großer Teil des Heizwärmebedarfes wird in Passivhäusern über innere Gewinne, d. h. die Wärmeabgabe von Personen und Geräten sowie über solare Gewinne (Wärmeeintrag über die Fenster), gedeckt.

Der dann noch bestehende geringe Restwärmebedarf kann prinzipiell durch beliebige Quellen bereitgestellt werden (z. B.: Erdgasheizung, Fernwärme, Wärmepumpe, Elektrogebäudeheizung, thermische Solaranlage oder Pelletofen). Die benötigte Heizleistung ist mit höchstens 10 W/m² bei −10 °C Außentemperatur sehr gering, so dass ein 100 m²-Haus eine maximale Heizlast von 1 kW hat, was theoretisch von einem elektrischen Heizlüfter oder Haartrockner geleistet werden kann.

Die erforderliche Leistung des Wärmeerzeugers bemisst sich daher eher am Warmwasserenergiebedarf der Bewohner, der in einem Passivhaus anteilig größer ist als der Heizenergiebedarf.

Wirtschaftlichkeit von Heizungen im Passivhaus

Jede Heizungsart hat gewisse Investionskosten und laufende Verbrauchskosten. Generell ist bei hohen Investitionskosten meist mit niedrigen Verbrauchskosten zu rechnen und umgekehrt. Da bei einem Passivhaus die Verbrauchskosten jedoch prinzipbedingt sehr gering sind, stellt sich die Frage ob hohe Investitionen sich jemals durch geringeren Verbrauch wieder rechnen können. Bei 15 kWh/m²a für ein 100 m²-Haus fallen 1500 kWh/a an, das entspricht ca. 150 l Heizöl oder 150 m³ Erdgas pro Jahr an Energieverbrauch.

Man greift daher bei Passivhäusern oft auf sog. Kompaktgeräte zurück, die eine kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL), Warmwasserbereitung, eine Mini-Wärmepumpe und Elektrozusatzheizung in einem kompakten Gerät vereinen und keine klassische Gebäudeheizung darstellen.

Kontrovers ist der Einsatz von direktelektrischen Heizungen wie Heizstab oder elektrische Heizregister, da diese Heizart im Passivhaus zwar wirtschaftlich, aber nicht ökologisch ist (hoher Primärenergieverbrauch durch Stromerzeugung).

Wohngefühl

Konstante Innentemperatur

Die wesentliche und besondere Eigenschaft eines Passivhauses ist die konstante Innentemperatur. Das gilt sowohl über das Jahr gesehen als auch über einen Tag sowie für einzelne Räume. Die Innentemperatur ändert sich nur sehr langsam – bei ausgeschalteter Heizung sinkt sie im Passivhaus um weniger als 0,5 °C am Tag (im Winter, wenn keine Sonne scheint). Alle Wände und Böden haben dieselbe Temperatur, dies gilt ebenfalls für den Keller, wenn er innerhalb der thermischen Hülle liegt. Es gibt keine „kalten“ Außenwände oder Fußböden, Schimmelbildung ist dadurch ausgeschlossen. Im Sommer sorgen sowohl die Wärmedämmung als auch ein möglicherweise vorhandener Erdwärmeübertrager dafür, dass das Gebäude angenehm kühl bleibt, und zumindest in Mitteleuropa keine Klimaanlage erforderlich ist. Das gilt auch für Bürogebäude und Schulgebäude im Passivhausstandard (Quelle: Arbeitskreisbände Sommerklima und Passivhaus-Schulen).

Lüftung

Die kontrollierte Wohnraumlüftung eines Passivhauses stellt durch Luftfilter eine bessere Luftqualität als Aussenluft sicher und kann die Funktion der Heizung übernehmen, wenn die maximale Heizlast in allen Fällen und über die Lebensdauer des Hauses unter 10W/m² bleibt. Ein schnelles Aufheizen ist mit einer alleinigen Heizung über Kontrollierte Wohnraumlüftung wegen der aus Komfortgründen geringen Luftwechselrate von 0,4/h bis 1,0/h nicht möglich. Zusätzliches Lüften ist immer möglich, aber im Grunde nicht mehr notwendig.

Die in manchen Fällen berichtete niedrigere relative Luftfeuchte besonders in Kälteperioden im Winter kann durch eine Reduzierung der Luftwechselrate angehoben werden was aber der Heizungsfunktion entgegenwirkt wenn ausschließlich über Frischluft geheizt wird. Es werden auch Geräte mit einer integrierten Feuchterückgewinnung angeboten. .

Die Rückgewinnung der Luftfeuchigkeit ist ein besonders wichtiger Punkt, da die Luftfeuchtigkeit in Gebäuden mit fugendichten Fenstern und Türen im Winter oft auf unter 25% fällt.

Kosten

Laut CEPHEUS, einer Organisation von Passivhausbefürwortern, würden die Auswertungen gebauter Passivhausprojekte zeigen, dass die Herstellung heute im Mittel etwa 5–8 % teurer als ein konventionell gebautes Haus nach dem derzeit gültigen Energiestandard EnEV (EnergieEinsparVerordnung) sei. Bei Sanierungen von Altbauten würden sich diese Mehrkosten erfahrungsgemäß normalerweise zwischen 12 % und 18 % bewegen. Andere Organisationen nennen bis zu 30 Prozent Mehrkosten bei Neubauten.

Viele Berechnungen, die den Rentabilität des Passivhauses zeigen sollen, erreichen ihr Ziel allerdings nur deshalb, weil sie davon ausgehen, dass in Zukunft die Energiekosten um ein Vielfaches steigen.

Ein Nachteil der meisten Passivhäuser ist die längere Amortisationszeit.

Mehrkosten beim Passivhaus

• Besonders gute Wärmedämmung - Materialkosten für den Dämmstoff (nach Volumen)
• Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung
• Sehr hoch dämmende Fenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung
• Aufwändigere Detaillösungen für die Abdichtung (luftdichte Hülle notwendig)
• In manchen Fällen Aufwand bei Sonderlösungen (beispielsweise für eine Katzenklappe)

Minderkosten beim Passivhaus

• Kaminzüge nicht notwendig (bei Wärmepumpe)
• keine Heizkörper, Wand- oder Fußbodenheizung und dazu zugehörige Technik
• Eigener Heiz- oder Brennstofflagerraum nicht notwendig
• Geringere Unterhaltskosten für Warmwasser und Heizung, keine Kaminkehrerkosten

Unterhaltskosten

Da im Normalfall als Heizung eine Wärmepumpe zum Einsatz kommt, die Strom verbraucht, wird der Strombedarf insgesamt höher. Dafür fallen keine gesonderten Heizungskosten an. Die Wärmepumpen erreichen unter Einsatz von 1 kWh elektrischer Energie je nach Bauart in etwa 2,3–4,7 kWh Heizleistung. Die Leistungsrate wird als COP in den Anlagenbeschreibungen ausgewiesen. Der gesamte Stromverbrauch (Warmwasser, Licht, Heizung etc.) eines Passiv-Einfamilienhauses mit 160 m² Gesamtfläche kann laut Wolfgang Feist, dem Gründer des Passivhaus Institut in Darmstadt, mit etwa 6400 kWh im Jahr angenommen werden . Etwa jeweils die Hälfte davon ist Wärmebedarf (Heizung/Warmwasser) und sonstiger Verbrauch (Licht, Küchengeräte etc.). Der Wartungsaufwand für die Haustechnik entspricht dem eines normalen Wohnhauses.

Förderung

In Deutschland werden Passivhäuser durch ein zinsvergünstigtes Darlehen der Kreditanstalt für Wiederaufbau gefördert. Darüber hinaus gibt es in vielen Bundesländern regionale Förderprogramme. In Österreich werden Passivhäuser, die alle Bestimmungen erfüllen, mit bis zu 10 % der Baukosten gefördert.

Das Land Tirol fördert Passivhäuser im Zuge der Wohnbauförderung mit einer Zusatzförderung für energiesparende Bauweise mit 14 Punkten. Die Förderungshöhe eines Punktes ergibt sich aus der förderbaren Wohnnutzfläche (m²) × 8 €. Beispiel: Förderungswerber Familie mit vier Personen, maximale geförderte Wohnfläche 110 m² × 8 ist 880 € pro Punkt × 14 Punkte = 12.320 € Zusatzförderung (Stand Juni 2007).

Das Land Vorarlberg fördert Passivhäuser mit einem Satz von bis zu 1.100 € je Quadratmeter bis zu 150 m² = 165.000 € maximal, sofern die Richtlinien erfüllt wurden (Einkommensgrenzen, Grundriss, Personen). Diese Förderung muss jedoch über eine Laufzeit von circa 30 Jahren mit extrem niedrigem Zinssatz und nicht wertgesichert getilgt werden, sodass dies auch eine stark fördernde Wirkung für Jungfamilien und die Bauwirtschaft direkt hat.

Zudem ist seit dem 1. Januar 2007 in Vorarlberg ein Gesetz in Kraft getreten, das die Passivbauweise für alle neuen öffentlichen Bauten zwingend vorschreibt.

Vergleich

Es ist umstritten, ob die Haustechnik bei einem Passivhaus (Lüftung + Wärmepumpe) ungefähr gleich teuer ist wie bei einem konventionellen Haus ohne Lüftung (Heizkörper + Heizung). Die Baukosten erhöhen sich effektiv um den Betrag, den die bessere Wärmedämmung kostet (Fenster, Isolation), laut CEPHEUS um etwa 5–8 %. Die CEPHEUS-Studie kam zu dem Schluss, dass die kapitalisierten Gesamtkosten über 30 Jahre bei einem Passivhaus nicht höher seien als bei einem konventionellen Neubau. Den ab dem ersten Tag höheren Kapitalkosten würden die ab dem ersten Tag niedrigeren Energiekosten gegenüber stehen. Unter dem Strich blieben der Vorteil der höheren Wohnqualität durch die Lüftung, die Sicherheit gegenüber zukünftigen Energiepreiserhöhungen und die bessere CO₂-Bilanz.

Rückblick und Ausblick

Konzept

Die Gebäudehüllen von Neubauten sind heute generell wenig luftdurchlässig. In Folge dessen ist ausreichender natürlicher Luftaustausch bei geschlossenen Fenstern nicht gegeben. Deshalb werden heute, nicht nur bei Passivhäusern, Lüftungsanlagen eingebaut, die für den Abtransport von verbrauchter Luft und Wasserdampf und damit für ein angenehmes Raumklima sorgen. Gleichzeitig ist eine gute Wärmedämmung wünschenswert, um die Energiekosten niedrig zu halten. Bei einem Passivhaus wird nun die Wärmedämmung so ausgelegt, dass die Lüftung als Heizung ausreicht. Die durch Luft übertragbare Wärmemenge ist begrenzt, bei etwa 50 Grad würde Staubverschwelung einsetzen. Die Wärmedämmung wird so ausgelegt, dass die Wärmemenge durch Zulufterwärmung auch am kältesten Tag ausreicht, um die behagliche Innentemperaturen zu erreichen. In Deutschland ergibt sich aus diesen Randbedingungen ein durchschnittlicher Heizwärmebedarf von 15 kWh/(m²a) ...

Realisierung

Das erste Passivhaus Deutschlands

Das erste Passivhaus in Deutschland wurde 1991 in Darmstadt-Kranichstein von Dr. Wolfgang Feist gebaut. Der Heizenergieverbrauch der vier Reihenhauseinheiten beträgt durchschnittlich 10 kWh/m²a und ist seitdem konstant geblieben. Das erste freistehende Passiv-Wohnhaus wurde von oehler faigle archkom 1998 in Bretten gebaut. Das erste deutsche Mehrfamilien-Passivhaus befindet sich seit 1999 in Freiburg, Stadtteil Vauban. Es folgten ganze Passivhaussiedlungen in Wiesbaden (21 Häuser), Hannover-Kronsberg (32 Häuser) und Stuttgart (52 Häuser) und in den Jahren 1999 bis 2001 wurden im Rahmen von CEPHEUS weitere 221 Wohneinheiten in fünf EU-Ländern (D-S-F-CH-A) an 14 Standorten errichtet – alle mit intensiven Messprogrammen, welche die vollständige Erfüllung der Erwartungen bestätigen. Das derzeit weltgrößte Passiv-Bürogebäude Energon wurde 2002 in Ulm errichtet. Das erste Passivhaus in den USA wurde 2003 in Urbana, Illinois als privates Wohnhaus von Katrin Klingenberg errichtet. 2006 wurden ein weiteres Passivhaus im Rahmen des sozialen Wohnungsbaus in Urbana und die „BioHaus“ Schule in Bemidji, Minnesota für das „Deutsch-als-Fremdsprache-Programm Waldsee“ fertiggestellt. Das Projekt in Waldsee wurde mit Hilfe der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und mehreren deutschen Firmen finanziert.

Inzwischen sind über 6000 Passivhäuser (Stand 2006) in Deutschland, Österreich, der Schweiz und in Italien (Südtirol) bewohnt, davon mehrere Großsiedlungen, in denen der niedrige Verbrauch und die gute Behaglichkeit durch wissenschaftliche Begleitstudien bestätigt wurde (CEPHEUS). Es gibt Passivhäuser als Massiv-, Holz- und in Schalungstechnikbauweise Polystyrolsteinhaus. Inzwischen wurden auch Bürogebäude, Heime, Schulen, Turnhallen und sogar Industriegebäude mit Passivhausstandard gebaut. Europas erstes großes Bürogebäude im Passivhausstandard mit Solar-Saisonspeicher entstand 1998 als Firmenzentrale eines Unternehmens in Cölbe bei Marburg.

Modernisierung bestehender Gebäude mit Passivhaus-Komponenten

In jüngster Zeit gibt es zunehmend Bestrebungen auch ältere Gebäude auf Passivhausstandard umzurüsten. Im Wesentlichen gelten dabei die gleichen Voraussetzungen wie beim Neubau, allerdings ist die planerische und handwerkliche Umsetzung ungleich aufwändiger.

Ein erstes Projekt wurde erfolgreich in Hannover umgesetzt. Sehr gut dokumentiert sind die „Modernisierungen mit Passivhaus-Komponenten“ in Nürnberg , Ludwigshafen und Frankfurt a.M. Bei diesen Umbauten wurde der Energieverbrauch für Heizung jeweils um mehr als 85 % verringert. Verwendet wurden dabei die gleichen Prinzipien und Bauteile, die für den Neubau von Passivhäusern entwickelt worden sind.

Literatur

• Wolfgang Feist: Gestaltungsgrundlagen Passivhäuser. Verlag Das Beispiel, Darmstadt
• Passivhaus Projektierungspaket (PHPP). Passivhaus Institut, Darmstadt
• Aktiv für mehr Behaglichkeit: Das Passivhaus. Bauherrenbroschüre der Informationsgemeinschaft Passivhaus. Passivhaus Institut,
• Passivhaus Institut: Protokollbände des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser Nr. 2- 33, (1996–2006). Passivhaus Institut,
• Passivhaus Institut: Tagungsbände der Passivhaustagungen 1 - 10 (1996-2006)
• Fred Ranft / Doris Haas-Arndt: „Energieeffiziente Altbauten - Durch Sanierung zum Niedrigenergiehaus“, hrsg. vom Fachinformationszentrum Karlsruhe, BINE Informationsdienst, TÜV Verlag 2004, ISBN 3-93-459555-3
• Anton Graf Neue Passivhäuser. Callway, München 2003 ISBN 3-76-671568-2
• Passivhaus Kompendium 2009, Laible Verlagsprojekte, Allensbach 2008, ISBN 978-3-00-025647-9,
• Carsten Grobe: Passivhäuser Planen und Bauen. Callway Verlag-München 2002, ISBN 3-7667-1515-1,
• CEPHEUS Projektinformationen. Pro Klima, Hannover und Passivhaus Institut, Darmstadt
• Krapmeier/Drössler: CEPHEUS Wohnkomfort ohne Heizung; Springer WienNewYork, ISBN 3-211-83720-5,
• Stefan Oehler: Große Passivhäuser. Kohlhammer, 2004, ISBN 3-17-017271-9,
• Heinz-Jörn Moriske, Michael Wensing: Untersuchungen zur raumlufthygienischen Situation in energietisch sanierten Altbauten und in einem Passivhaus. Gefahrstoffe - Reinhaltung Luft 67(3), S. 85 – 90 (2007), ISSN 0949-8036,
• Dietmar Siegele: Passivhaus - Das Bauen der Zukunft. BoD 2007, ISBN 3-8370-0644-1

Siehe auch

• Energiestandard (Gebäude): Nullenergiehaus, Plusenergiehaus
• Verwandte Konzepte: Solararchitektur, Sonnenhaus, Minergie Minergie-P
• Messverfahren: Blower-Door-Test, Thermografie
• Ökologisches Bauen

Weblinks

Commons: Passivhaus – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• Passivhaus-Institut Darmstadt
• Infoseite zum Passivhausbau
• Interessensgemeinschaft Passivhaus Österreich
• Artikel in DIE ZEIT vom 26. Januar 2006
• Beschreibung wie man ein Passivhaus zu einem Plusenergie/Positivhaus umgebaut hat
• Thermische und energetische Rahmenbedingungen beim Passivhausbau verständlich erklärt
• Vorläufer zum Passivhaus ab 1978 in Eichenau