PH

Was macht ein Haus zum Passivhaus ?

Vom Niedrigenergie Haus zum Passivhaus

Konstruktionsmerkmale von Passivhäusern

Wärmebrücken und Luftdichtheit

Haustechnik im Passivhaus

Solare Ausrichtung und Kompaktheit

Ausblick

Beispiele gebauter Passivhäuser

Weiterführende Informationen

Literatur zu Passivhaus-Bauweise

Das erste funktionierende Passivhaus Deutschlands in Darmstadt Kranichstein mit strenger Südausrichtung.
Baujahr 1991.

Was macht ein Haus zum Passivhaus?

Ein Passivhaus zeichnet sich durch eine Reihe von Merkmalen aus, die zum großen Teil durch Richtwerte und Kennzahlen definiert werden können:

Heizung: Ein Passivhaus ist ein Haus, dessen Jahresheizwärmebedarf so gering ist, dass neben der Wärmeverteilung über die Lüftungsanlage auf ein gesondertes Heizwärme Verteilsystem (z. B. Heizkörper) verzichtet werden kann. Dazu darf der Jahresheizwärmebedarf erfahrungsgemäß nicht größer als 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter beheizter Fläche sein, kurz:

Heizwärmebedarf < 15 kWh/(m²a).

Heizlast: Aus der benötigten Frischluftmenge und einer lufthygienisch sinnvollen Obergrenze der Zulufttemperatur ergibt sich die Wärmemenge, die mit einem Luftsystem eingebracht werden kann. Sie stellt die Begrenzung der Heizlast dar und liegt bei etwa 10 W/m², wenn man auch innere Wärmequellen einbezieht. Also:

Maximale Heizlast < 10 W/m².

Wärmedämmung: Passivhäuser benötigen an all ihren Außenbauteilen einen sehr guten Wärmeschutz durch Dämmung. Der U-Wert, das ist eine Maßeinheit für die Wärmeleitfähigkeit eines Bauteils (früher: ”kWert”), liegt für nicht lichtdurchlässige Bauteile unter 0,15 W/m²K. Fenster haben U-Werte von unter 0,9 W/m²K. Die Gläser benötigen für den Wärmegewinn durch die Sonneneinstrahlung zugleich einen Gesamtenergieduchlass für solare Wärmegewinne von über 50% (”gWert”). Auf nordseitigen oder verschatteten Fenstern, bei denen die solaren Gewinne niedriger als die Wärmeverluste sind, können auch niedrigere g-Werte sinnvoll sein. Zusammengefasst:

U-Werte opaker Bauteile < 0,15 W/(m²K),
U-Werte von Fenstern < 0,9 W/(m²K).

Wärmebrücken: Neben der Dämmung der großen Flächen ist es sehr wichtig, Wärmebrücken zu vermeiden. Außenecken und Außenkanten spielen bei Passivhäusern wegen der guten Fassadendämmung keine große Rolle, jedoch können materialbedingte Wärmebrücken starke Wärmeverluste bewirken. Unterbrechungen der umlaufenden Dämmschicht durch gut wärmeleitende Materialien wie Metalle, Beton, Kalksandstein, Ziegelmauerwerk oder Massivholz sollen deshalb vermieden werden. Ein Detail kann als wärmebrückenfrei gelten, wenn sein außenmaßbezogener Wärmebrückenkoeffizent y) kleiner als < 0,01 W/(mK) ist.

Wärmebrückenfrei
wenn y kleiner als < 0,01 W/(mK)

Sind Wärmebrücken nicht zu vermeiden, müssen ihre energetischen und bauphysikalischen Effekte ermittelt werden. Dies gilt auch für Fensterrahmen.

Abluft-Wärmerückgewinnung: Passivhäuser müssen Lüftungsanlagen mit hocheffizienter Abluftwärme-Rückgewinnung bei niedrigem Stromverbrauch enthalten. Eine Vorerwärmung der winterlichen Frischluft durch Erdwärme kann einberechnet werden; für Wärmepumpen gelten gesonderte Anforderungen. Die Anforderung an die Abluft-Wärmerückgewinnung:

Wirkungsgrad > 75 %, Stromverbrauch < 0,4 W/(m³h).

Luftdichtheit: Um sicherzustellen, dass der wesentliche Luftaustausch eines Passivhauses tatsächlich über die Lüftungsanlage für die Wärmerückgewinnung genutzt wird, aber auch um Bauschäden durch Feuchtetransporte zu vermeiden, benötigt ein Passivhaus eine hohe Luftdichtheit. Dafür gibt es einen Richtwert: Während die DIN 4108/7 für alle Neubauten mit Lüftungsanlage einen maximal einfachen Luftaustausch pro Stunde durch Undichtheiten bei 50 Pascal Differenzdruck erlaubt (n₍₅₀₎ < 1,0 h^-¹ ), ist für Passivhäuser ein n₍₅₀₎Wert unter 0,6 h^-¹ sinnvoll.

Luftdichtheit
n₍₅₀₎Wert unter 0,6 h^-1

Sonnenorientierung: Solare Wärmegewinne leisten einen wesentlichen Beitrag zur Wärmeversorgung von Passivhäusern. Die Häuser sollen daher grundsätzlich südorientiert gebaut werden und ihre Nordfenster möglichst klein sein. Der gesamte Verglasungsanteil muss aber bei Passivhäusern nicht höher sein als bei normalen Häusern. Bei der Planung großer Verglasungen ist der Aspekt der Behaglichkeit im Winter wie Sommer zu bedenken.

Solare Orientierung: - ja
Glashaus: - nein

Grundsätzlich gilt: Weder die reine Südausrichtung noch übergroße Verglasungen sind Voraussetzung für ein Passivhaus. Der Bau von Passivhäusern an solar benachteiligten Standorten ist zwar schwieriger, aber gleichwohl möglich.

Passivhäuser in rationeller Reihenhaus Bauweise in Viernheim (1999)

Vom Niedrigenergie Haus zum Passivhaus

Unnötigen Energieverbrauch vermeiden – das ist immer noch die rationellste Form, Energie zu verwenden. Besonders wirkungsvoll lässt sich Heizenergie durch geeignete Maßnahmen im Hausbau sparen. Dabei lassen sich drei Ansätze unterscheiden, die nach der ”Energiekrise” in den 70er Jahren entwickelt worden sind:

Bild: Niedrigenergie Siedlung in Werther, Kreis Gütersloh (199496)

1. Niedrigenergie Häuser haben gegenüber üblichen Neubauten einen um 25 bis 35% niedrigeren Heizwärmebedarf durch besser gedämmte Bauteile. Je nach Mauerwerk oder Holzbauweise sind die Außenwände 12 bis 20 cm stark gedämmt, die Dächer sind mit 25 bis 30 cm und die Kellerdecke mit 9 bis 12 cm Dämmstoff ausgestattet. Die Fenster haben Zweischeiben Wärmeschutzverglasungen mit U-Werten um 1,3 W/m²K. Oft haben Niedrigenerie Häuser zusätzlich einfache Lüftungsanlagen.

Niedrigenergie Häuser wurden in Deutschland um 1985 eingeführt und haben sich inzwischen zehntausendfach bewährt. In NordrheinWestfalen ist das NiedrigenergieKonzept inzwischen Regelbauweise im geförderten Mietwohnungsbau. Leider hat die Energieeinsparverordnung der Bundesregierung 2001 Niedrigenergiehäuser dieses Niveaus nicht zur zur Regelbauweise gemacht (wenn dies auch immer wieder behauptet wird). Brauchbare technische Maßstäbe für NEH bietet das RAL-Gütezeichen Niedrigenergie-Bauweise

Der mit vertretbaren Kosten erzielte Einspareffekt durch NiedrigenergieBauweise ist beachtlich. Er ist aber nicht so groß, dass auf eine normale Heizungsanlage verzichtet werden kann. Der Mehraufwand für Wärmeschutz und eine eventuelle Lüftungsanlage muss sich daher allein aus den eingesparten Heizkosten amortisieren.

Nullenergie Haus in Warendorf mit 70 m³ Heizwasserspeicher im Rohbau (1993)

2. Nullenergie Häuser versuchen, ganz ohne Heizungsanlage auszukommen. Ihr Wärmeschutz ist deutlich erhöht: Dämmstoffsschichten zwischen 20 und 45 cm umfassen das Gebäude, die Fenster haben Dreifachverglasungen oder Kastenfenster, und die Lüftungsanlagen sind mit Wärmerückgewinnung ausgestattet. Im Winter reichen diese Maßnahmen aber nicht aus, um Transmissions und Lüftungswärmeverluste auszugleichen. Um den geringen Restwärmebedarf zu decken, verfügen Nullenergie Häuser deshalb zusätzlich über sehr große Solaranlagen und Heizwasserspeicher. Mit den Speichern wird die im Sommer im Überschuss verfügbare Solarenergie für den Winter gelagert. Die Sonnenkollektorfelder reichen bei Einfamilienhäusern von 1580 m², die Speichervolumina von 1370 m³.

Eine Reihe von Nullenergie Häusern funktioniert seit vielen Jahren zufriedenstellend. Es zeigt sich jedoch, dass der etwa dreifache Investitionsaufwand für den sehr hohen Wärmeschutz, für die solare Wärmegewinnung und die Speicherung unverhältnismäßig hoch ist und sich keinesfalls aus den vermiedenen Heizkosten finanzieren lässt.

Passiv Haus in Marktoberdorf: Dick gedämmt mit hocheffizienter Lüftung,
aber weder exotische Form noch übertriebene Technik (1998).

3. Passivhäuser haben einen ähnlich geringen Heizwärmebedarf wie Nullenergie Häuser. Sie verzichten aber auf die teure Autarkie durch eigene Energiegewinnung und -speicherung und akzeptieren eine Restwärmeversorgung von außerhalb. Wärmeschutz Niveau und Haustechnik werden unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten definiert: Ein Passivhaus soll so gut gedämmt sein, dass die wenige restliche Heizwärme nur über die sowieso vorhandene Lüftungsanlage verteilt werden kann. Dadurch kann auf ein zusätzliches konventionelles Heizwärmeverteilsystem (Heizkörper und Leitungen) verzichtet werden. Mit dieser Kostenersparnis kann der Mehraufwand für bessere Dämmung und Lüftungstechnik gegenüber einem Niedrigenergie Haus finanziert werden.
Passivhäuser bieten wie Nullenergie Häuser eine hohe thermische Behaglichkeit, einwandfreie Lufthygiene und ein vergleichbar niedriges Verbrauchsniveau, aber zu deutlich niedrigeren Kosten. Und wie die bisher realisierten Beispiele zeigen, benötigen sie weder eine exotische Architektur, noch unerprobte Konstruktionen oder Techniken. Sie lassen sich in fast allen gängigen Bauformen und Bauweisen errichten.

Konstruktionsmerkmale von Passivhäusern

Die besonderen Anforderungen an den Wärmeschutz von Passivhäusern sind bei der Konstruktion der einzelnen Bauteile zu berücksichtigen. Die jeweilige Art des Wärmeschutzes hängt dabei von der Bauweise ab.

Sohlplatten und Kellerdecken

über unbeheizten Kellern machen als unterer Abschluss von Passivhäusern 10 bis 25% der thermischen Hüllfläche aus. Über sie fließen 5 bis 17% der Transmissionswärme ab. Die bei Passivhäusern üblichen U-Werte von Sohlplatten oder Kellerdecken liegen bei 0,08 bis 0,20 W/m²K. Die Dämmstoffstärken betragen 20 bis 45 cm.
Bei konventionell aus Beton gefertigten Sohlplatten oder Kellerdecken kann die Dämmschicht oberseitig, unterseitig oder auch von beiden Seiten der Betondecke verlegt werden. Im einzelnen ist dabei folgendes zu beachten:
– Eine nur oberseitige Dämmung erlaubt eine einfache konventionelle Konstruktion der Fundamente oder kalten Kellerbauteile, sie verlangt aber auch einen höheren Aufwand bei der thermischen Entkoppelung aufstehender Mauerwerke (mehr dazu im Abschnitt ”Wärmebrücken”). Zu beachten ist auch, dass bei oberseitiger Dämmung von Sohlplatten oder Kellerdecken die Speichermasse der Betondecke nicht mehr innenraumklimatisch wirksam ist.

Unterseitig gedämmte Ortbeton Sohlplatte auf 30 cm Hartschaum Dämmlage über Streifenfundament. Geringe Wärmebrücken an Eckabstützungen eines Passivhauses in Ulm (1999).

– Eine nur oder überwiegend unterseitige Dämmung von Sohlplatten erfordert je nach Ausführung druckfeste und gegen Bodeneinflüsse unempfindliche und daher etwas teurere Dämmstoffe. Hat eine Bodenplatte nach unten auskragende Fundamentstreifen, Unterzüge oder Frostschürzen, müssen diese ebenfalls teilweise umdämmt werden, um Wärmebrücken zu vermeiden. Die durch unterseitige Dämmung selbst ”warme” Sohlplatte hat dafür weniger thermische Anschlussprobleme an aufstehendes Mauerwerk.
– Bei massiven Kellerdecken ist eine nur oder überwiegend unterseitige Dämmung unkompliziert. Unterseitige Dämmung hält die thermische Speichermasse schwerer Decken für das Innenraumklima, zumindest solange oberseitig keine ((Trittschall) Zusatzdämmung erfolgt.

Über kalte Sohlplatte gespannte Leichtbauträger schaffen Hohlraum für 32 cm Schüttdämmstoff
in einem Passivhaus in Detmold (1997).

Die Dämmung von in Holzleichtbau errichteten Kellerdecken oder über Streifenfundamente gespannte, unterlüftete unterste Geschossdecken sind mit den passivhaustauglichen Dämmstärken technisch einfach zu realisieren. Zur Verringerung der Holzanteile werden zunehmend Filigranträger verwendet, zur Vermeidung durchgehender Wärmebrücken mehrere überkreuz verlegte Balkenlagen oder zumindest Auflattungen. Holzleichtbaudecken können leicht mit Schütt oder Einblasdämmstoffen verfüllt werden und haben dadurch bei gleicher Dämmwirkung geringere Aufbauhöhen. Werden unterste Geschossdecken hingegen mit Außenluft unterlüftet, so sind sie stärkeren Temperaturdifferenzen ausgesetzt als erd oder kellerberührte Decken. Dies erfordert eine verstärkte Dämmung.
Bei den bisher gebauten Passivhäusern sind überwiegend Betonsohlplatten oder Kellerdecken mit oberseitiger Dämmung aus Polystyrol Hartschaum eingesetzt worden. Um den nicht unerheblichen Ressourcenverbrauch von Stahlbetondecken zu verringern, kommen aber zunehmend filigranere Konstruktionen wie z.B. Hohlkörperdecken zum Einsatz.

Außenwände

Außenwände stellen bei Passivhaus Wohngebäuden zwischen 25 und 43% der thermischen Hüllfläche. Über sie fließen 20 bis 50% der Transmissionswärme ab. Bei den gut gedämmten Passivhaus Außenwänden sind U-Werte zwischen 0,08 und 0,14 W/m²K üblich, die Dämmstoffstärken betragen 28 bis 45 cm.
Die Anforderung passivhaustauglicher Wärmedämmung hat für die üblichen Wandkonstruktionen einen Innovationsschub bewirkt. Für den einschaligen Mauerwerksbau sind inzwischen von vielen Anbietern Wärmedämmverbundsysteme aus Polystyrol in passivhaustauglichen Dämmstärken von 25 bis 35 cm verfügbar. Wärmedämmverbundsysteme aus Polyurethan-Hartschaum werden dagegen bisher nur in wenigen Fällen eingesetzt.
Die meisten passivhaustauglichen Wärmedämmverbundsysteme werden konventionell mit Klebemörtel vom Gerüst aus auf dem Mauerwerk befestigt. Eine gerüstlose Montage ermöglicht ein Dämmsystem, bei dem selbsttragende Dämm-Großelemente nur mit Mauerankersystemen an der Außenwand befestigt werden.
Beim zweischaligen Mauerwerksbau begrenzt bisher noch die DIN 1053 den zulässigen Schalenabstand auf ein nicht passivhaustaugliches Maß. Daher gibt es bisher erst zwei zweischaligmassiv gebaute Passivhäuser. Eines hat eine Sonderkonstruktion für die Klinkerbefestigung, im anderen sind extrem hochwertige Dämmstoffe (WLG 025) eingesetzt. Mauerankersysteme für passivhaustaugliche Dämmstärken sind jedoch in Vorbereitung.
Weitere Möglichkeiten eröffnet der Einsatz innerer Beton-Fertigteile und einer vorgestellten, nichttragenden Leichtbaufassade: Diese neue Arbeitsteilung zwischen Tragwerk und Fassade und die Art der Vorfertigung ermöglichen eine sehr rationelle Baurealisierung. Es gibt auch Passivhäuser aus Leichtbeton-Fertigteilen mit bereits werksseitig montierter ca. 30 cm starker Polystyrol-Dämmung.
Leichtbau-Außenwände werden bereits in vielfältigen Ausführungen passivhaustauglich realisiert. Um im Bereich der Holzstützen wenig Wärmebrücken zu erhalten, werden entweder getrennte Doppelständerwerke, mehrfach sich kreuzende Balkenlagen oder Filigranstützen mit geringen Querschnitten eingesetzt. Teils werden zusätzlich Außendämmungen als Putzträger aufgebracht.

Selbsttragendes Wärmedämmverbundsystem mit Befestigung nur durch Maueranker an einem Passivhaus in Naumburg (1998).

30 cm starkes Wärmedämmverbundsystem mit Nut-Fede-rVerbindung bei einem Passivhaus in Porta Westfalica (1998)

Vorgefertigte Leichtbau-Fassadenelemente vor Gebäudekernen aus Beton-Fertigteilen bei Passivhäusern in Geisenheim (1997), Wiesbaden (1998) und Hannover (1999)

Mehrlagiger, insgesamt ca. 40 cm starker Vollholz-Wandaufbau bei einem Passivhaus in Hilter (1999)

Leichtbeton-Fertigteile mit werksseitig montierter PS-Dämmung an Passivhäusern in Marktoberdorf (1998) und ähnlich in Ulm (1999).

Einlagiges, 24 cm starkes Filigranträger-Wandelement mit Steinwoll-Dämmung eines Passivhauses in Detmold (1999) während der Herstellung.

Fenster und Türen

machen bei Wohngebäuden üblicherweise zwischen 5 und 20% der Gebäudehülle aus. Da selbst passivhaustaugliche Spezialgläser fünf bis achtfach höhere U-Werte haben als die lichtundurchlässigen Bauteile, verursachen die Verglasungen einen erheblichen Teil der Wärmeverluste. Zugleich ermöglichen Fenster aber solare Wärmegewinne. Die tatsächlich wirksame Höhe der solaren Wärmegewinne hängt von der Ausrichtung und Verschattung der Fenster und von der Glasqualität ab.

Bei der Glasqualität hat es in den letzten fünf Jahren wichtige technische Entwicklungen gegeben. Bei den frühen Nullenergie und Passivhäusern konnten passivhaustaugliche U-Werte unter 1,5 W/m2K nur durch Kastenfenster erreicht werden, bei denen andererseits solare Wärmegewinne niedrig waren. Eine Variante waren dichtschließende wärmegedämmte Fensterläden zur Verringerung der nächtlichen Wärmeverluste. Passivhaustaugliche Dreifachgläser mit U-Werten unter 0,8 bis herab zu 0,4 W/m²K sind erst seit etwa 1994 am Markt erhältlich.

Gläser mit U-Werten um 0,8 W/m²K weisen dabei zum Teil einen sehr hohen Durchlass für Sonnenenergie auf mit gWerten von bis zu 60%. Sie ermöglichen damit stark verringerte Wärmeverluste bei nur geringfügig verringerten solaren Wärmegewinnen. Dies ist vor allem für unverschattete Süd, West und Ostfenster von Passivhäusern vorteilhaft. Bei verschatteten Fenstern oder bei Nordfenstern können dagegen Gläser mit noch niedrigeren U-Werten geeigneter sein, weil ihre deutlich niedrigeren gWerte nicht ins Gewicht fallen.

Neben der Glasqualität spielen beim Passivhaus die Rahmen der Fenster und Außentüren eine große Rolle. Die bisher im Wohnungsbau üblichen Holz oder Kunststoffrahmen der Rahmengruppe 1 ohne besondere Wärmedämmung sind im Passivhaus normalerweise nicht einsetzbar. Sie stellen zu starke Wärmebrücken dar und beeinflussen die Energiebilanz erheblich. Mehrere Fensterhersteller bieten inzwischen serienmäßig wärmegedämmte Fensterrahmen an. Diese haben zweilagige Holz oder Holz-Aluminium-Aufbauten oder bestehen aus PVC-Hohlprofilen und haben innenliegende Polyurethan oder (selten) Kork-Dämmschichten.

Für Außentüren von Passivhäusern, die keinen thermischen Vorpuffer durch einen Windfang haben, sollten Türen verwendet werden, deren Wärmedämmung passivhaustauglichen Fenstern entspricht. Einige Hersteller passivhaustauglicher Fenstersysteme haben in ihren Sortimenten auch gleichartige Haustüren; andernfalls kann zumindest auf gut gedämmte Türblätter zurückgegriffen werden. Bei Häusern mit Windfang sind die Anforderungen an die Außentüren nicht ganz so hoch; allerdings sollten dann im Winter auch stets beide Türen geschlossen werden.

Kastenfenster mit Festverglasung außen und innen zu öffnenden Flügeln im Nullenergie-Haus Adenbüttel (1992).

Außenliegende Dämm-Schiebeläden im Passivhaus Darmstadt (1992).

Verdeckt eingebaute Dämm- Schiebeläden im Nullenergie-Haus in Beelen (1996).

Wärmegedämmtes Fensterrahmen-Profil aus Holz mit Hartschaum-Dämmkern.

Profil eines Haustür-Blattes mit 35 mm PU-Dämmkern und Wärmebrücke nur am Rand (WESTAG).

Dächer und oberste Decken

stellen bei Wohngebäuden zwischen 20 und 40% der thermischen Hüllfläche. Über sie fließen 15 bis 35% der Transmissionswärme ab. Dächer enthalten bei Passivhäusern meist die dickste Dämmung, weil sie relativ kostengünstig anzubringen ist. Passivhaus-Dächer haben Dämmstoffstärken von 25 bis 54 cm und erreichen damit U-Werte zwischen 0,07 und 0,14 W/m²K.

Die meisten Passivhaus-Dächer sind Holzleichtbau-Konstruktionen. Da einlagige Vollholz-Profile in den benötigten Längen kaum verfügbar sind und auch zu starke Wärmebrücken bilden würden, werden bei Vollholz-Dachkonstruktionen meist mehrlagige Aufbauten gewählt.

Alternativ werden bei Passivhäusern häufig Filigranträger eingesetzt, die mit Steghöhen von bis zu 40 cm bei nur 8 bis 12 mm Stegdicke einschichtige, nahezu wärmebrückenfreie und sehr belastbare Dachaufbauten ermöglichen. Sie können lose verbaut oder in vorgefertigte Dachelemente integriert werden.

Immer häufiger werden bei Passivhäusern vorgefertigte Dachelemente verwendet. Sie haben den Vorteil, dass Rohbauten nach oben sehr schnell wasserdicht geschlossen werden können. Die auf dem Bau sonst nur nacheinander möglichen Arbeitsschritte Aufrichten, Aussteifen, Abdecken, Dämmen, Luftdichten und die innere Verkleidung von Dächern reduzieren sich bei voller Vorfertigung auf das Auflegen und Verbinden der Elemente, das in wenigen Stunden erfolgen kann.

Bei Wohngebäuden noch selten, im Gewerbebereich bereits häufiger werden Nagelbrettbinder eingesetzt. Sie ermöglichen mit präzise berechneter Statik einen sparsamen Holzeinsatz und wenig Wärmebrücken bei nahezu beliebigen Formen und großen Spannweiten.

Massivdächer aus Beton oder Leichtbeton- Fertigelementen mit werksseitig bereits aufgebrachter Außendämmung gibt es bisher bei den Passivhäusern in Naumburg und Wenden. Hier wurde die Betonschicht geometrisch profiliert, um mit wenig Masse eine hohe Steifigkeit zu erreichen und die gesamte Spannweise zwischen Reihenhaus-Trennwänden horizontal überbrücken zu können. Die Innenoberfläche ist tapezierfähig, die außenliegende, im Mittel etwa 35 cm starke Polystyrol-Dämmschicht ist für die Dacheindeckung vorbereitet und kann am Traufpunkt und längs des Ortgangs direkt an das Wärmedämmverbundsystem der Außenwand angearbeitet werden.

Als Dachdämmstoff wird in Passivhäusern bisher überwiegend noch Mineralwolle eingesetzt. Zellulosedämmstoffe haben ebenfalls hohe (und steigende) Marktanteile, da die Einblastechnik bei großen Füllhöhen oder Füllvolumina gegenüber dem manuellen Einbau von Dämmstoffmatten mit Kostenvorteilen verbunden ist. Vorgefertigte Elemente werden teils mit Hartschaumdämmung hergestellt. Diese kann bei Verklebung mit den Deckschichten in Sandwichkonstruktionen auch aussteifende Funktionen übernehmen.

Dachstuhl aus mehrlagigem Vollholz mit 42 cm Dämmstärke im Passivhaus in Hilter (1998).

Dachstuhl aus 40 cm hohen einlagigen Filigranträgern und Steinwoll-Dämmung der WLG 035 im Passivhaus in Porta Westfalica (1999).

Tonnendach aus industriell vorgefertigten Nagelbrettbindern mit 54 cm hohem Zwischenraum, der mit Zellulosedämmung ausgeblasen wurde im Passivhaus in Detmold (1998).

Vorgefertigte 38 cm hohe Dachelemente mit Polystyrol-Dämmkern in 1,5 m Elementbreite im Passivhaus in Marktoberdorf (1998).

Wärmebrücken und Luftdichtheit im Passivhaus

Wärmeabflüsse aus Gebäuden erfolgen nicht nur über die großen Flächen, sondern auch über viele kleine Wärmewege. Bei den Transmissionswärme-Verlusten sind dies die sogenannten Wärmebrücken, bei den Lüftungs-Wärmeverlusten die heimlichen Luftströme durch Ritzen und Spalten eines Gebäudes, deren Umfang anhand der Luftdichtheit gemessen wird.

Diese zusätzlichen Wärmeabflüsse hatten früher bei nahezu ungedämmten Gedäuden keine große Bedeutung. Bei sehr gut gedämmten Gebäuden wie den Passivhäusern und bei integrierter Abluftwärmerückgewinnung macht es sich dagegen nachhaltig bemerkbar, wenn mehrere Quadratmeter der Gebäudehülle nicht oder nur wenig gedämmt sind und ein erheblicher Luftaustausch im Winter unter Umgehung der Wärmerückgewinnung erfolgt. Vernachlässigt man diese Effekte, kann der Energieverbrauch leicht mehrfach höher sein als zunächst berechnet.

Wärmebrücken

Idealtypisch hat ein Passivhaus eine Gebäudehülle, die von einer ausreichend dicken und nicht unterbrochenen Dämmschicht umgeben ist. Dann wäre sie wärmebrückenfrei. Manchmal lässt es sich aber konstruktiv oder statisch nicht vermeiden, dass Materialien mit hoher Druck oder Zugfestigkeit wie Beton, Stahl oder schweres Mauerwerk die Dämmschicht durchstoßen. Haben die die Dämmschicht durchdringenden Materialien eine hohe Wärmeleitfähigkeit, entstehen punkt oder linienförmige Wärmebrücken.
Um Passivhäuser wärmebrückenfrei zu bauen, sollten Anzahl, Länge und Breite der Durchdringungen so weit wie möglich verringert und an notwendigen Durchdringungen Materialien mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden. Außerdem sollte die Möglichkeit genutzt werden, anschließende Bauteilflanken ausreichend zu überdämmen. Details eines Passivhauses können als wärmebrückenfrei gelten, wenn ihr auf Außenmaße bezogener Verlustkoeffizient ¥ < 0,01 W/(mK) ist. Ist er höher, so muss der von der Wärmebrücke verursachte zusätzliche Wärmeabfluss in der Energiebilanz berücksichtigt werden.
Häufige Wärmebrücken im Massivbau sind die Aufstandsflächen außenseitig gedämmter (warmer) Außen und Innenwände auf oberseitig gedämmte (kalte) Sohlplatten bzw. Kellerdecken. Der zusätzliche Wärmeabfluss über solche Mauerfußpunkte kann das Mehrfache des Wärmeabflusses der gesamten Geschossdecke betragen. Im Passivhaus kann als unterste Steinreihe statt gut wärmeleitendem Kalksandstein z.B. ein leichter Porenbeton oder ein Spezial-Dämmelement mit ausreichender Druckfestigkeit eingebaut werden.
Weitere Wärmebrücken sind häufig rund um Fenster und Türausschnitte zu finden, an Durchgängen massiver Decken oder an Wänden von beheizten in unbeheizte Räume, weiterhin an Balkonen, Terrassen, Podesten, an Garagenanbauten und auch bei Holzbauteilen. Obwohl Holz gegenüber Massivbauteilen wenig Wärme leitet, müssen Massivholz-Durchgänge durch Dämmschichten beim Passivhaus vermieden werden. Bei mehrschichtigen Holzaufbauten genügt normalerweise 68 cm Überdämmung, um die Wärmebrücken vom Holzstützen oder Sparren ausreichend zu mindern.

Wärmebrücken Vermeidung am Mauerfußpunkt durch Porenbeton Steinreihe

Wärmebrücken rund um Fenster und Türen sowie am Sockelanschluss bei einem Holzleichtbau Niedrigenergiehaus in Detmold (1991).

Wärmebrücken Vermeidung am Mauerfußpunkt mit Puren Dämmbrücke am Passiv Mehrfamilienhaus in Kassel (1999)

Luftdichtheit

Der extrem niedrige Energieverbrauch von Passivhäusern gegenüber Niedrigenergie-Häusern ist vor allem der Verringerung der Lüftungswärmeverluste zu vedanken. Durch die genau dosierbare Luftzufuhr zu den einzelnen Aufenthaltsräumen wird die hygienisch erforderliche Luftwechselrate gesenkt; durch die hocheffiziente Wärmerückgewinnung kann der mit dem Lüften verbundene Wärmeverlust um etwa 70% veringert werden.

Dies funktioniert allerdings nur, wenn der Luftaustausch tatsächlich über die Wärmerückgewinnungsanlage erfolgt und nicht durch Fenster, Ritzen oder Fugen. Ein Luftaustausch über solche Undichtigkeiten (Nebenluftwege) umgeht nicht nur die Wärmerückgewinnung, er ist auch nicht dosierbar, da er nur von der Windstärke und thermischen Antriebskräften beeinflusst wird. Voraussetzung für passivhaustauglich niedrige Nebenluftströme ist deshalb eine hohe Luftdichtheit der Gebäudehülle.
Die Luftdichtheit eines Gebäudes kann durch eine Differenzdruckmessung ermittelt werden. Mit einem Messgebläse, einer sogenannten ”Blower-Door”, wird ein Unter oder Überdruck von 50 Pascal im Haus erzeugt, was etwa Windstärke 6 entspricht. Das Messgebläse misst dabei, welche Luftmenge es zur Aufrechterhaltung von 50 Pascal Druckdifferenz ständig heraussaugen oder hineinblasen muss. Die Maßeinheit der Luftdichtheit ist der n(50)Wert. Er gibt an, ein Wievielfaches des inneren Luftvolumens pro Stunde bei dieser Druckdifferenz durch Ritzen, Fugen und andere bauliche Undichtheiten nachströmt.
Bereits die Wärmeschutzverordnung von 1994 stellt in §4 Anforderungen an die dauerhafte Luftdichtheit von Gebäuden. Die 1998 als Regel der Technik eingeführte DIN 4108/7 verlangt für Neubauten mit Lüftungsanlage eine Luftdichtheit von n(50)< 1,0 h1. Dieser Wert bedeutet, dass pro Stunde weniger als das einfache Luftvolumen eines Hauses bei 50 Pascal Unterdurck durch Ritzen und Fugen nachströmen darf. Für Passivhäuser ist eine noch höhere Luftdichtheit von n(50) < 0,6 h1 empfehlenswert.

Eine so hohe Luftdichtheit kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

Fugen zwischen Betonbauteilen elastisch verfüllen.

Innere Mauerwerksoberflächen vollflächig verputzen, auch im Estrichbereich, im Tür-Schwellbereich, im Bereich abgehängter Decken, hinter Vorwandinstallationen, Dusch und Badewannen, an Fenster und Türanschlüssen, in oder vor Schächten und Einbaukästen etc.

Leichtbauflächen vollflächig mit durchgehender luftdichter Folien oder Pappenschicht bekleiden, deren Stöße abkleben und Randanschlüsse an andere Bauteile vorbereiten. Wenn die Luftdichtung mit Plattenwerkstoffen erreicht werden soll, deren Fugen und Anschlüsse dauerhaft luftdicht herstellen.

Fenster und Türen in massiven oder Leichtbauteilen mit dauerhaft elastischen und dichten Verbindungsmitteln einbauen. Ortschaum, Putz und Silikon sind allein keine geeigneten Luftdichtungsmittel.

Durchdringungen von Holzbalken, Rohren, Leitungen und anderen Installationen möglichst vermeiden, ansonsten sauber abdichten.

Luftdichtende Schichten solange nicht verkleiden, bis eine Luftdichte-Messung durchgeführt ist. Nur dann ist eine eventuell erforderliche Nachbesserung relativ leicht möglich.

Sorgfältige Abdichtung einer Rohrdurchdringung durch eine unterste Holzleichtbau-Decke mit PE-Folienebene im Passivhaus Detmold (1998).

Fachgerecht luftdichter Anschluss von Folien auf Putzoberflächen mit zwischengelegtem Quellband und Anpressleiste.

Messgebläse und stark geblähte innere PE-Folien bei erster Rohbau-Luftdichte-Messung im Passivhaus Detmold (1998).

Haustechnik im Passivhaus

Die Haustechnik im Passivhaus muss vier Anforderungen gerecht werden:
Sie muss einen vergleichsweise stark verringerten Heizwärmebedarf decken.
Sie muss einen gleichhohen Brauchwasserbedarf wie in Häusern herkömmlicher Bausweise abdecken.
Sie muss eine hochwirksame Abluft-Wärmerückgewinnung enthalten.
Sie soll technisch und ökologisch effizient und zudem kostengünstig sein.

Rest-Heizung

Die geringe Heizlast von Passivhäusern von etwa 10 Watt/m² führt dazu, dass z.B. Einfamilienhäuser mit 150 m² Wohnfläche selbst am kältesten Tag nur eine gesamte Heizleistung um 1,5 kW benötigen, während des größten Teils der Heizperiode sogar noch weniger. Konventionelle Heizanlagen so geringer Leistung für Gas, Öl, Holz oder Kohle sind bisher nicht am Markt erhältlich. Für Einfamilien-Passivhäuser geeignete Heizleistungen gibt es jedoch schon bei Wärmepumpen und bei Gas-Warmlufterzeugern. Für größere Passivhäuser oder Gemeinschaftsheizanlagen können übliche Wärmeerzeuger in entsprechender Auslegung eingesetzt werden. Mehrere fertiggestellte Passivhäuser haben auch Fernwärmeanschlüsse oder sind über Nahwärmeleitungen an Heizanlagen anderer Gebäude angebunden.

Konventionelle Haustechnik im Passiv-Einfamilienhaus mit AbluftWärmerückgewinnung (WRG), Erdwärmetauscher (EWT), Gastherme (TH), Speicher (SP) und Luftheizregister (LH), das von der Brauchwasserzirkulation mitversorgt wird.

Wärmeverteilung

Die im Passivhaus gegebene Möglichkeit, die wenige nötige Heizwärme ausschließlich über die Zuluft in die einzelnen Räume einzubringen, ermöglicht den Wegfall des gesamten konventionellen Heizwärmeverteilsystems (Heizkörper und Rohrleitungen). Im Zuluftkanal wird lediglich ein Luftheizregister eingebaut, das aus Heißwasser oder Heißluft gespeist wird. Dies vereinfacht die Haustechnik wesentlich.
Bei der Wärmeverteilung zwischen einer zentralen Erzeugungsanlage und mehreren Brauchwasser und/oder Heizwärmeverbrauchern werden normalerweise bisher sowohl Heizwärmeverteil als auch Brauchwasserverteilsyteme verlegt. Die geringe Heizwärmemenge lässt sich jedoch grundsätzlich auch dem Brauchwasserkreislauf als Rücklaufabsenkung entnehmen, wie die Prinzipskizzen zeigen. Voraussetzungen dafür sind, dass der Lufterhitzer trinkwassergeeignet und die Systemtemperatur auf zulässiger Mindesthöhe ist. Damit kann ohne Rückgriff auf eine dezentrale Warmwasserbereitung mit nur einem Rohrsystem Heizung und Warmwasser versorgt werden. Die sommerlichen Verteilverluste können durch bedarfsgesteuerte Zirkulation gering gehalten werden.
Bei den bisher gebauten kleineren Passivhäusern wurden haustechnisch oft noch unangepasste und zu aufwendige Systeme installiert. In mehreren Reihenhaus-Projekten wurden sogar allein zur Vermeidung späteren Abrechnungsaufwandes parallele Einzelheizungen und Warmwassersysteme installiert. Dies führt dazu, dass der Vorteil sehr geringer Heizkosten durch hohe Kapital und Wartungskosten für diese zu großen und zu komplizierten Anlagen erheblich gemindert wird.

Haustechnik im Passivhaus mit Abluft-Wärmerückgewinnung (WRG) und Wärmepumpe (WP). Diese entzieht der Fortluft Wärme und beheizt über ein Luftheizregister (LH) die Zuluft; zugleich beheizt sie den Brauchwasserspeicher (SP).

Brauchwasser

Die Brauchwasserversorgung von Wohngebäuden ist durch kurze hohe Leistungsspitzen während des Duschens oder während des Füllens einer Badewanne gekennzeichnet. Um für diese Leistungsspitzen keine groß angelegte Warmwasseranlagen einbauen zu müssen, werden meist Speicher installiert. Sie ermöglichen kurzzeitig eine hohe Entnahme unabhängig von der Leistungsfähigkeit des Wärmeerzeugers.

Lüftung

Lüftungsanlagen in Wohngebäuden ermöglichen eine besser dosierbare Luftzufuhr zu allen Aufenthaltsräumen und eine komfortablere Geruchs und Feuchteabfuhr aus Küche, Bad und WC als bei Fensterlüftung. Neben Komfortgewinn bringt die nur mit ihnen mögliche Abluft-Wärmerückgewinnung einen ganz erheblichen Beitrag zu Energieeinsparung, ohne den Passivhäuser nicht denkbar wären.

Durch intensive Entwicklungsarbeit der Hersteller sind heute eine Reihe von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnungsgraden von über 80% bei zugleich niedrigem Stromverbrauch verfügbar. Eine Übersicht geprüfter Anlagen ist beim Testzentrum für Wohnungslüftungsanlagen (TZWL) in Dortmund erhältlich.

Um die bei Außentemperaturen unter 0º C mögliche Vereisung der Fortluft im Wärmetauscher mit einfachen Mitteln zu vermeiden, wird in Passivhäusern die Frischluft im kalten Winter meistens mit Erdwärme vorerwärmt. Dazu kommen neben erdvergrabenen Luftleitungen vor allem Sole-Erdwärmetauscher in Frage, die robust, hygienisch unbedenklich und gut regelbar sind. Im Sommer kann man mit Erdwärmetauschern heiße Außenluft auch vorkühlen.

Um Lufthygiene langfristig sicherzustellen, müssen Lüftungsanlagen mit leistungsfähigen Primärfiltern ausgestattet sein, die einen Schmutzeintrag vor allem in die Zuluftwege verhindern. Ihr Leitungsnetz muß reinigungsfähig sein. Dies verlangt stabile, glattwandige und möglichst geradlinig verlegte Rohrmaterialien und bei längeren Rohrstrecken auch den Einbau zugänglicher Revisionsöffnungen. Weiterhin sind leicht zugängliche Filterwechselanzeigen sinnvoll.

Luftkanal-Erdwärmetauscher-Leitungen beim Fundamentbau von Passivhäusern in Stuttgart-Feuerbach (1999). Sole-Erdwärmetascher siehe nebenstehenden Link.

Für Passivhäuser entwickelte Kleinstwärmepumpe für die Restheizung und Brauchwasserversorgung.

Bild links:
Moderne Lüftungsanlage mit hocheffizientem Gegenstrom-Wärmetauscher und verbrauchsarmem GleichstromMotor in der Baugröße für ein Einfamilienhaus (Westaflex).

Solare Ausrichtung und Kompaktheit

Ein Passivhaus verliert wie jedes andere Haus im Winter Wärme nach außen über Böden, Wände, Dächer, Fenster, Türen und durch das Lüften. Es gewinnt zugleich Wärme durch die Sonneneinstrahlung und durch innere Wärmequellen (Personen, Geräte und Licht). Die Wärmeverluste eines Passivhauses sind durch die besondere Wärmedämmung, die gut isolierten Fenster und durch die Abluft-Wärmerückgewinnung gegenüber einem normalen Haus sehr stark verringert. Die solaren und inneren Wärmegewinne sind jedoch fast gleich hoch. Insofern spielen sie für die Gesamt-Energiebilanz eines Passivhauses prozentual eine viel größere Rolle, als bei einem normalen Haus.

Passivhaus in Bludenz (Vorarlberg). Süd und Nordansicht. Baujahr 1997.

Solare Ausrichtung

Die Höhe der solaren Gewinne lässt sich durch die Ausrichtung der Baukörper und Fenster beeinflussen. Von Süden, Südwesten und Südosten strahlt während der Heizperiode deutlich mehr nutzbare Sonnenenergie, als aus den anderen Richtungen. Es empfiehlt sich daher, die licht und wärmebedürftigen Räume und Fenster im Passivhaus nach Süden auszurichten. Südabweichungen bis etwa 25° wirken sich dabei noch nicht stark auf die Strahlungsbilanz aus.

Viel Licht und Wärme benötigen Wohn, Ess- und Kinderzimmer, wenig Tageslicht brauchen Schlaf und Gästezimmer, Bäder, Treppenhäuser und Abstellräume: Sie können sich mit Nordausrichtung und kleinen Fenstern begnügen.

Die bisher gebauten Passivhäuser haben je nach Lage, Größe und Architektur sehr unterschiedliche Südausrichtungen und Südfensteranteile. Unter ihnen sind sowohl welche mit über 80 bis 90% Südausrichtung der Fenster, als auch solche mit eher gleichmäßig verteilten Fenstern. Die große Spannbreite der Südorientierungen zeigt andererseits, dass Passivhäuser weite architektonische Spielräume offenlassen und nicht nur in unverbauter Südhanglage realisierbar sind.

Passivhäuser in Naumburg. Nord und Südansicht. Baujahr 1999.

Kompaktheit

Die Wärmeverluste durch Transmission eines Passivhauses steigen linear mit der Größe der wärmeübertragenden Hüllfläche des beheizten Gebäudekerns. Fassaden oder Dachversprünge, Einschnitte oder Auskragungen vergrößern bei gleicher Nutzfläche stets die wärmeübertragende Oberfläche und erhöhen die Wärmeverluste. Ebenso haben mehrere kleinere Baukörper eine größere wärmeübertragende Gesamtoberfläche, als ein gleich großer zusammenhängender Baukörper.
Energetisch ist es daher vorteilhaft, gestalterisch wünschenswerte Gliederungen der Baukörper mit möglichst wenig Oberflächenvergrößerung zu bewirken oder mit Bauteilen, die nicht zur thermischen Gebäudehülle zählen, etwa mit vorgestellten Balkonen, Treppen, oder unbeheizten Gebäudeteilen.

Passivhäuser in Hannover (1999).

Ausblick — Passivhaus-Architektur

Nach langjährigen und sorgfältigen wissenschaftlichen Voruntersuchungen beginnt der Passivhaus Baumarkt derzeit bereits rapide zu wachsen. In 2007 sind in Deutschland, Österreich und der Schweiz bereits etwa 3000 Passivhäuser realisiert. Viele hundert weiterer Projekte sind in Planung. Beispiele aus Österreich zeigt die Objektdatenbank in www.passivehouse.at.

Anders als in den ersten Jahren sind es kaum noch experimentelle Pionierbauten einzelner risikobereiter Bauleute oder Architekten. Es sind mit steigendem Anteil bereits kommerzielle Bauträgerprojekte im Reihenhaus, Eigentumswohnungs und Mietwohnungsbau, die sich hart am Wettbewerb orientieren. Dies ist ein positives Indiz für die einleitend genannte Vision, dass sich Passivhäuser nicht nur aus idealistischen oder politischen, sondern auch aus ökonomischen Gründen auf dem Markt durchsetzen Die rationelle Anwendung der Passivhaus-Bauweise in großem Stil wird noch vielfältige Produktentwicklungen und Lernprozesse anregen. Dafür sind hohe Qualität in der Detailplanung, genügend Fehlertoleranz bei neuen technischen Lösungen und vor allem Motivation und Know-How-Transfer bei allen betroffenen Akteuren erforderlich.

Abschließend noch ein Wort zur Ökologie von Passivhäusern: Gelegentlich wird die Sorge geäußert, dass der erhebliche Mehrverbrauch an Dämmstoff bei Passivhäusern den ökologischen Nutzen durch die Einsparung von Heizenergie nicht überwiege. Studien über den Primärenergiebedarf von Dämmstoffen weisen jedoch schon seit langem aus, dass sich die Herstellung passivhaustauglicher Dämmstärken von 25-35 cm Dicke immer noch mehrfach energetisch amortisiert. Es gibt aber fraglos einen sehr unterschiedlich hohen Ressourceneinsatz bei der Produktion von Hartschaum, Mineralwolle, Zellulose oder biogenen Dämmstoffen. Doch solche Überlegungen dürfen nicht darüber hinwegtäuschen, dass der wesentliche Primärenergieverbrauch eines konventionellen Neubaus durch Stahlbeton, Metalle und hochgebrannte Steine entsteht, und nicht etwa durch Dämmstoffe.

Weiterführende Informationen

Literatur sowie Listen gebauter Objekte erhält man u.a. bei folgenden Einrichtungen:
Passivhaus-Institut
Dr.Wolfgang Feist, Rheinstr. 44-46, 64283 Darmstadt, Fax: 061518269911, Email: info@passiv.de

Passivhaus Dienstleistung GmbH (Seminare, Schulungen, Berechnungen)
Rheinstr. 44 / 46, 64283 Darmstadt, post@passivhaus-info.de, www.passivhaus-info.de

Niedrig-Energie-Institut (Bauberatung, Bauforschung, PH-Berechnung, Zertifizierung, Bau-Qualitätssicherung)
Woldemarstr. 37, 32756 Detmold, Fax: 05231390 747, Email: NEI-DT@t-online.de

sowie im Internet unter: www.passivhouse.com und unter den Suchbegriffen ”passiv”, ”Passivhaus” etc.