Bis 2050 muss der Gebäudebestand in Deutschland klimaneutral sein. Aber schon heute können wir gute, wirtschaftliche Gebäude planen und so umsetzen, dass sie auch im Betrieb klimaneutral sind. Eine gute Nachricht, die man nicht oft genug wiederholen kann. Um solche Gebäude, die diese Anforderung bereits nachweislich erfüllen und die Klimaneutralität im Betrieb erreichen, hervorzuheben, ihre Erfolgsfaktoren vorzustellen und andere hiermit zu inspirieren, gibt es die DGNB Auszeichnung „Klimapositiv".
Sie wird von der DGNB an Gebäude für die Laufzeit von einem Jahr verliehen, die den fachlichen Anforderungen entsprechen und die entsprechenden Nachweise im Rahmen einer Zertifizierung für Gebäude im Betrieb liefern.
In den folgenden Case Studies stellen wir Ihnen ausgewählte Pioniere und Leuchtturmprojekte vor:
Das „Aktiv-Stadthaus" in Frankfurt a.M. ist das erste große innerstädtische Mehrfamilienhaus im Effizienzhaus-Plus-Standard, das im Sommer 2015 bezogen wurde. Ziel des innovativen Energiekonzepts ist, über den Zeitraum von einem Jahr mehr erneuerbare Energie zu erzeugen als im Gebäude verbraucht wird. Die Wärme für Heizung und Warmwasser wird durch eine Wärmepumpe erzeugt, die als Wärmequelle Abwärme aus einem Abwasserkanal nutzt.
Zur Minimierung des Heizwärmebedarfs und zur Gewährleistung einer hohen Luftqualität befinden sich in den Wohnungen Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung. Da der Haushaltsstrombedarf einen wichtigen Bestandteil des Gesamtendenergiebedarfs darstellt, sind die Wohnungen mit Haushaltsgeräten der höchsten Effizienzklasse ausgestattet. Für die erneuerbare Stromerzeugung sind auf dem Pultdach hocheffiziente PV-Module mit einer installierten Leistung von 251 kWp montiert. Auf der leicht gefalteten Südfassade sind Photovoltaikmodule mit einer Gesamtleistung von 118 kWp integriert.
Das als Passivhaus konzipierte Eisbärhaus ist in zwei Bauteile gegliedert. Der Vorarlberger Ökoleitfaden diente als Grundlage für die Auswahl der eingesetzten Baustoffe. Die Außenwände bestehen aus einer mit Zellulose ausgeflockten Holzkonstruktion aus Wärmedämmträgern (Dämmstärke: 42 cm). Die Gewerbeeinheiten werden über Betonkernaktivierung und eine reversible Sole-Wasser-Wärmepumpe erwärmt/gekühlt. Als Energiequelle und Speichermasse dient das Erdreich. Die Lüftungsanlage ist vom Heizsystem entkoppelt. Die angesaugte Frischluft wird in 3 Schritten auf Raumtemperatur gebracht und in die Räume eingeblasen. Hierbei wird die Energie der Abluft über einen Wärmetauscher an die vortemperierte Frischluft übertragen (Wärmerückgewinnungsgrad: 80-95%). Das Brauchwasser wird über Solarkollektoren erwärmt. Photovoltaikmodule decken den Strombedarf für die Wärmepumpe soweit möglich ab. Die energierelevanten Systeme werden über eine Software verwaltet. Mittelfristiges Ziel: Energieautarkie.
Elobau Betriebsgebäude mit Produktionshalle und Büros
Bei der von Transsolar durchgeführten Studie für den Neubau eines Produktionsgebäudes war die energetische Vision von elobau maßgebend, nach Möglichkeit vollständig mit erneuerbarer Energie versorgt zu sein. Die gestellte Aufgabe war, herauszufinden wie sich neben einer positiven Primärenergiebilanz eine möglichst autarken Wärme-, Kälte- und Stromversorgung erzielen lässt. In dieser Studie wurde zunächst das Stromlast-Profil des Werks aus Messdaten und Simulationsergebnissen mit als Basis für alle zu untersuchenden Varianten mit Photovoltaik ermittelt. Die Untersuchungen mit unterschiedlicher effektiver Speicherkapazität zeigten, dass bei einer PV-Anlage mit 150 % bilanzieller Autarkie eine reale Stromautarkie von bis zu 80 % mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand erreichbar ist. Der Neubau wurde in 2016 fertiggestellt. Er steht auf einem alten Industriestandort, es wurden also keine neuen Flächen versiegelt. So schont das Werk sowohl beim Bau, als auch im Betrieb Ressourcen, denn es ist als Passivgebäude in Holzbauweise erstellt.
Der Neubau minimiert als reine Holzkonstruktion die enthaltene graue Energie. In dieser werden Last- und Lieferwagen be- und entladen. Im thermisch davon getrennten Büroteil wird hinter raumhoher Verglasung gearbeitet. Die gezielte Positionierung von Fenstern und Oberlichtern mit zeitgesteuerter Nachtlüftung erübrigt eine mechanische Lüftungsanlage. Die Nutzung von Tageslicht wurde optimiert: Die Verglasungen im Sheddach der Halle sind nach Norden orientiert und nachführbare Lamellen der Raffstoren vor den Verglasungen verschatten bei Bedarf die Büro- und Hallenbereiche. Das spart Energie für Beleuchtung. Wo noch beleuchtet werden muss, erzeugen LED Leuchten das Kunstlicht im Gebäude; dieses wird zudem abhängig vom Tageslicht gedimmt. Für Beheizung im Hallenbereich sorgen hauptsächlich Deckenstrahlplatten zwischen den Holzbindern des Tragwerks, in den Büros Konvektoren. Die Wärme liefert ein Biogaskessel aus dem Werksnetz, Ursprung des Biogases sind Speisereste. Betrachtet man das Gebäude hinsichtlich EnEV, so liegt es mehr als 90% unter deren Vorgaben.
In Mühltal bei Darmstadt wurde 2011 die erste Sanierung eines 70er Jahre Einfamilienhauses zu einem Plusenergiehaus mit Elektromobilität realisiert. Das Gebäude erzeugt nach der Sanierung mehr Energie als es verbraucht. Dabei unterwirft es sich nicht dem Diktat der Technik, sondern beeindruckt durch höchste Raumqualität und eine klassisch-zeitlose Erscheinung. Die CO2-neutrale Energieversorgung ist möglich, da der Energiebedarf durch eine umlaufende Steinwolledämmung und neue Fenster auf ein Minimum reduziert wird. Der Mindestluftwechsel wird durch eine zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sichergestellt. Kern des Konzepts ist die Verwendung regenerativer Energien. Als Wärmeerzeuger wird eine Luft-Wasser-Wärmepumpe eingesetzt. Zusätzlich wird ein Holzkaminofen mit Wärmetauscher zur genutzt. Die Räume werden mit einer Niedertemperatur-Flächenheizung im Fußboden beheizt. Der notwendige Strom zum Betrieb der Anlagen wird durch eine dachintegrierte Photovoltaikanlage erzeugt.
Die Volksbank Alzey-Worms eG hat in Kirchheimbolanden eine neue Niederlassung gebaut. Auf 600 m Grundfläche entstand ein Dienstleistungszentrum mit Geschäftsstelle und Beraterbank, das Kunden und Mitarbeitern rund 1800 m Nutzfläche bietet. Mit Hilfe von dynamischen Computersimulationen und standortrelevanten Klimadaten hat Transsolar so zum Entwurf des Gebäudes und zur Auswahl der Materialien beigetragen, dass in den Räumen im Sommer wie im Winter angenehme Temperaturen gesichert sind, die Qualität der Luft gut ist ebenso wie die Versorgung mit Tageslicht und eine gute Akustik besteht. Die Grundlage des klimapositiven Gebäudebetriebs stellt die Beeinflussung der Gebäudeausrichtung und des Gebäudedesigns dar. Aufbauend darauf ist ein low-tech Klimakonzept inklusive effizienter Energieversorgung verwirklicht worden, dass in Kombination mit lokaler und regenerativer Energieerzeugung die Jahresbilanz positiv werden lässt. Zur Beheizung als auch zur Kühlung kommt eine Betonkernaktivierung zum Einsatz. Die Lüftung für die meisten Bereiche basiert auf natürlicher Fensterlüftung. Damit ist diese Volksbank Filiale ein hervorragendes Beispiel, dass mit einem low-tech Klimakonzept ein klimapositiver Gebäudebetrieb möglich ist.
Dieses Projekt hatte kein alltägliches Ziel: Ein bestehendes Hofgut im Voralpenland soll sich in nachhaltige und weitgehend autarke Plusenergie-Gebäude verwandeln. Das „Lange Haus" soll sich vollständig aus regional verfügbaren, regenerativen Energiequellen versorgen können. Im Akademiebereich (Seminarräume, Küche, Übernachtung) muss man sich wohlfühlen können: Der thermische und visuelle Komfort muss auch hohen Ansprüchen genügen. Transsolar hat sich darum gekümmert: Restholz aus dem eigenen, 100 ha großen Wald in Form von Hackschnitzeln wird als Quelle erneuerbarer Energie verwendet. Das entwickelte Energiekonzept führt im Netzparallelbetrieb in der Bilanz zu einem Energie-Überschuss: Das „Lange Haus" ist daher ein Plusprimärenergiegebäude. Für den Fall, dass das öffentliche Stromnetz einmal ausfallen sollte, gibt es keine Sorgen, dass das Licht ausgeht oder man frieren muss: Das elektrische Last- und Quellenmanagement steuert automatisch Holz-Kraft-Anlage (HKA), Solarstromanlage (PV), Stromspeicher (EES) und die eingeschränkten Verbrauchsbereiche. Das Hofgut ist dann eine „energetische Insel".
In der Universitätsstadt Freiburg ist ein innovatives Rathaus entstanden, das als das europaweit größte Plusenergiegebäude gilt. Das Gebäude verfügt über einen sehr guten Wärmeschutz, sodass es mit Niedertemperatur geheizt und mit Hochtemperaturkühlystemen gekühlt werden kann. Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung reduziert den Energiebedarf weiter. Eine Grundwassernutzung mit Wärmepumpe für den Heizbetrieb und einem Plattenwärmetauscher für den Kühlbetrieb ermöglichen niedrige Heiz- und Kühlleistungen. Das Dach und sonnenbeschienene Bereiche der Fassade sind mit hocheffektiven Photovoltaikkollektoren ausgestattet, die zugleich einen Sonnenschutz bieten. So wurde ein Energiekonzept entwickelt, mit dem das Gebäude über regenerative Energiequellen mehr Energie produziert, als es selbst für Heizen, Kühlen, Lüften und Beleuchten benötigt. Denn die Photovoltaikanlage produziert mehr Strom, als das Gebäude verbraucht. Der überschüssige Strom des netzreaktiven Gebäudes wird ins Netz eingespeist.
Beim Neubau des Gymnasiums Diedorf wurde durch einen integralen Planungsprozess ein Weg zu innovativer und nachhaltiger Planung aufgezeigt, der im Lebenszyklus ein wirtschaftliches und sparsames Umgehen mit den vorhandenen Ressourcen erlaubt. Im Rahmen des Projektes wurden konstruktive Prinzip-Lösungen als Entscheidungshilfe für den ökologischen Holzbau und als Antwort auf gängige Vorurteile erarbeitet. Neben einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz des Gebäudes hin zu einer Plus-Energie-Schule stand auch die Verbesserung der Lern- und Lehrsituation im Fokus. Bauphysikalische Faktoren wie Raumluftqualität, Akustik und Tages-/ Kunstlichtversorgung, sowie ein flexibles Raumkonzept zur möglichen Anpassung an sich wandelnde pädagogische Ansätze, insbesondere die Realisierung von Lernlandschaften, waren maßgebliche Themen im Planungs- und Umsetzungsprozess. Das Projekt dokumentiert, wie durch vertretbare Mehrkosten geringste Betriebs- und Erhaltungskosten erreicht werden.
Der Erweiterungsbau der National University of Singapore für die School of Design & Environment ist ein herausragendes net-zero energy Gebäude in den Tropen. Das fünfstöckige Gebäude beherbergt Labore, Designstudios und Werkstätten für die Schulen für Architektur und Design. Eine optimierte Gebäudekonstruktion ermöglicht eine effiziente Querbelüftung und eine gute Tageslichteinwirkung. Integraler Bestandteil des Konzepts des net-zero Energieverbrauchs ist die Notwendigkeit, die konventionelle Klimatisierung zu überdenken. Daraus resultierte das Design eines innovativen Hybrid-Kühlsystems, das dafür sorgt, dass Räume nicht unterkühlt werden. Diese Kühlstrategie wird durch erhöhte Luftgeschwindigkeiten von Deckenventilatoren ergänzt. Der Stromverbrauch wird durch das Öffnen von Fenstern bei schönem Wetter und durch eine Klimaanlage nur bei Bedarf reduziert. 1.225 auf dem Dach installierte Solar-PV-Module ernten genügend Sonnenenergie, um den prognostizierten Jahresbedarf des Gebäudes zu decken. Der Überschuss am Tag wird in das Campusnetz eingespeist und von benachbarten Gebäuden verbraucht, die umgekehrt während der Nachtstunden elektrische Energie liefern. Das Gebäude wird seit Januar 2019 mit einer positiven Nettobilanz mit einem Überschuss von rund 30% betrieben.
Eine Besonderheit im Energiekonzept des Wohngebäudes CDS12 stellt die Server-Abwärmenutzung als einzige Wärmequelle für den Gebäudebetrieb dar. Um diese innovative Technik mit hoher Auslastung ganzjährig betreiben zu können, wurde das Wohngebäude sowohl in einem hohen Wärmedämmstandard der Gebäudehülle ausgeführt als auch mit einer hocheffizienten Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und automatisiertem Sommer-Bypass ausgestattet. Zur Minimierung des Strombedarfs wurde das Gebäude für eine hohe Tageslichtversorgung und somit minimierten Kunstlichtbedarf optimiert und die Innenraumbeleuchtung erfolgt durchwegs mittels LED-Beleuchtung. Alle technischen Geräte erfüllen die höchste Effizienzklasse. Auf eine aktive Kühlung des Gebäudes wurde bewusst verzichtet. Stattdessen werden einfache passive Maßnahmen ergriffen: durch ein effizientes externes Sonnenschutzsystem in Verbindung mit der Aktivierung von thermischer Masse der unverkleideten Decken und Wände durch Nachtlüftung kann auch in heißen Sommerperioden ein angemessener Innenraumkomfort erzielt werden. Die gesamte Dachfläche wurde zur Erzeugung erneuerbarer Energie mittels Photovoltaik verwendet. Durch eine Ost-West-Ausrichtung der Anlage wurde diese einerseits auf Eigenstromnutzung optimiert und ermöglicht andererseits eine extrem flache Bauweise, sodass die Anlage optisch vollständig ins Gebäude integriert nicht in Erscheinung tritt.
Dieses Projekt wurde gefördert durch das Umweltbundesamt und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit. Die Mittelbereitstellung erfolgt auf Beschluss des Deutschen Bundestages.
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