Passivhaus

Unter einem Passivhaus wird ein Gebäude verstanden, das aufgrund seiner guten Wärmedämmung sowohl im Winter als auch im Sommer keine klassische Heizung oder Kühlung benötigt.

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. Die Bauweise ist nicht auf bestimmte Gebäudetypen beschränkt. Es ist, zumindest theoretisch, auch durch Umbauten und Sanierungen möglich, diese Standards zu erreichen.

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. Wärmebrücken und Undichtheiten sind (auch bei den Anschlüssen) zu vermeiden.

Die Fenster werden bei mitteleuropäischen Passivhäusern meist dreifach verglast, haben selektive Schichten zu jedem Scheibenzwischenraum und sind mit dem Edelgas Argon (selten Krypton) gefüllt. Obwohl derartige Fenster einen schlechteren Wärmedämmwert aufweisen als gut wärmegedämmte Wände, hat ein möglichst unverschattetes Südfenster dieser Qualität durch solare Energiegewinne im Winter 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.

Möglichst schmale Rahmen maximieren den relativen Anteil der Glasflächen und optimieren damit den Energieeintrag, u.a. weil der U-Wert einer Dreifachverglasung mit etwa 0,5 bis 0,7 deutlich besser ist als der des Rahmens. Fensterkonstrukteure sind seit jeher bemüht, schmale Rahmen zu bauen, um auch bei kleinen Fenstern einen hohen Glas-Flächenanteil zu haben. Auch trägt die Art der Einbindung des Fensters im Wandquerschnitt (bei Planung und Einbau) entscheidend zur Wärmedämmung bei.

Die Gebäudehüllen von Neubauten sind heute generell wenig luftdurchlässig. In Folge dessen ist ausreichender natürlicher Luftaustausch bei geschlossenen Fenstern nicht gegeben. Deshalb werden heute vielfach, und nicht nur bei Passivhäusern, Lüftungsanlagen eingebaut, die für den Abtransport von verbrauchter Luft und Wasserdampf und damit für ein angenehmes Raumklima sorgen. Um die Lüftungswärmeverluste zu begrenzen, benötigen Passivhäuser eine kontrollierte Wohnraumlüftung. Diese sorgt für den notwendigen Luftaustausch. Etwa alle 1 bis 4 Stunden wird die gesamte Luft im Haus ausgetauscht. Bei den dazu nötigen geringen Luftvolumenströmen sind Luftbewegung, Zugluft oder Geräusche nicht wahrnehmbar, nur bei höheren Luftwechselraten und bei zu engen Kanälen können Strömungsgeräusche hörbar 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 Gegenstromwärmeübertrager. Die Wärme aus der Abluft kann dort zu 80 bis 95 % für die Zuluft zurückgewonnen werden, ohne dass eine Vermischung der Luft stattfindet. Im normalen Betrieb nimmt eine solche Anlage ohne Heizfunktion für ein Einfamilienhaus etwa 40 Watt Leistung auf. Es gibt auch Geräte mit einem Rotationswärmeübertrager, welche auch einen Teil der Luftfeuchtigkeit wiedergewinnen können. Der Luftfilter des Gegenstromwärmeübertragers kann auch gegen einen Pollenluftfilter ausgetauscht werden.

Ein großer Teil des Heizwärmebedarfes wird in Passivhäusern von inneren Gewinnen, d. h. die Wärmeabgabe von Personen und Geräten, sowie von solaren Gewinnen beim Wärmeeintrag über die Fenster gedeckt.

Der dann noch bestehende, geringe Restwärmebedarf kann durch beliebige Quellen bereitgestellt werden (z. B.: Gasheizung, Fernwärme, Wärmepumpe, Elektrogebäudeheizung, thermische Solaranlage oder Pelletofen). Das Passivhauskriterium des Passivhaus Instituts in Darmstadt ist ein theoretischer Heizwärmebedarf von 15 kWh pro Quadratmeter beheizter Wohnfläche und Jahr. Dies entspricht einem Energiebedarf im Raum von ca. 1,5 Litern Heizöl, vor Verlusten durch die Erzeugung und den Transport im Gebäude. Dieser kann, sehr kompakte Bauweise und sehr dichte Belegung (also wenig Fläche je Person) vorausgesetzt, durch eine Beheizung der Zuluft der Lüftungsanlage gedeckt werden. Regelmäßig kann eine Beheizung über die Zuluft nur eine geringe Heizlast von etwa 10 – 20 W je m² abdecken. Dies liegt im Wesentlichen an der geringen Wärmekapazität des Mediums Luft und der, je nach Wärmeerzeuger, mehr oder weniger hohen und begrenzten Temperaturspreizung zwischen der Zuluft nach dem Heizregister und der Raumlufttemperatur. Größere Passivhäuser mit geringer Belegungsdichte werden üblicherweise wie herkömmliche Gebäude über statische Heizflächen, nur eben mit geringerer Größe beheizt. Der Bedarf ist jedoch auch wesentlich vom Nutzerverhalten abhängig. Wichtige Einflussfaktoren sind dabei z.B. die gewünschte Raumtemperatur, Verschattung der Fenster und das Lüftungsverhalten (Stoßlüften oder Fenster dauerhaft in Kuppstellung). Im Extremfall kann der tatsächliche Wärmebedarf bei einem Vielfachen des optimal Möglichen liegen.

Man greift bei kleinen Passivhäusern oft auf sogenannte Kompaktgeräte zurück, die eine kontrollierte Wohnraumlüftung, Warmwasserbereitung, eine Mini-Wärmepumpe und Elektrozusatzheizung in einem Gerät vereinen und keine klassische Gebäudeheizung darstellen. Oft bieten jedoch “konventionelle” Anlagen aus Wärmeerzeuger und getrennter Lüftung nicht nur Kosten- und Effizienzvorteile. Auch im Falle eines Gerätefehlers, ebenso wie im etwaigen Ersatzfall, ist es nicht unbedingt von Nachteil, über einzelne und auch einzeln zu ersetzende Komponenten zu verfügen. Einzelgeräte können flexibler ausgewählt werden und bieten oftmals Effizienzvorteile in der konkreten Einbausituation vor Ort.

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, soweit die relative Feuchte im Gebäude begrenzt wird. Im Sommer sorgen die Wärmedämmung und 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).

Die kontrollierte Wohnraumlüftung eines Passivhauses sorgt mithilfe von Luftfiltern für eine bessere Luftqualität der Raumluft im Vergleich mit der Außenluft. Sie kann die Funktion der Heizung übernehmen, wenn die maximale Heizlast in allen Fällen während der Lebensdauer des Hauses unter 10 W/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 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. Zudem kann die im Gebäude entstehende Feuchte genutzt werden, beispielsweise beim Trocknen von Wäsche.

Mehrkosten beim Passivhaus

Erfahrungen zeigen, dass der Neubau etwa 5 bis 15 % teurer als ein konventionell gebautes Haus nach dem derzeit gültigen Energiestandard EnEV sind. Bei Sanierungen von Altbauten bewegen sich diese Mehrkosten erfahrungsgemäß zwischen 12 % und 18 %. Die Kosten für die Lüftungsanlage im Einfamilienhaus betragen ca. 6.000 bis 10.000 € (2007) fertig eingebaut je nach Ausstattung.

Die Amortisationszeit kann mehr als 10 Jahre betragen; sie hängt im Wesentlichen von der nicht vorhersehbaren zukünftigen Energiepreissteigerung ab sowie von dem Zinssatz, mit dem die Investition finanziert wird.

Mehrkosten entstehen beispielsweise durch die besonders gute Wärmedämmung (Materialkosten für den Dämmstoff (nach Volumen)), Zulagen für vergrößerte Außenflächen, eventuell aufwändigere Anschlussarbeiten und Detailausbildungen.
Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung sowie durch rehr gut dämmende Fenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung und eine luftdichte Gebäudehülle.

Minderkosten beim Passivhaus

Ein Passivhaus benötigt im Prinzip keine Heizkörper, keine Wand- oder Fußbodenheizung und dazu die zugehörige Technik. Allerdings nimmt man dafür eine erhöhte Trägheit beim Aufheizen des Gebäudes in Kauf: Ist das Haus ausgekühlt, ist die Dauer, bis das Gebäude wieder warm ist, erheblich erhöht. Eine Heizungs- oder Brennstofflagerraum ist nicht notwendig. Für Warmwasser und Heizung entstehen geringere Unterhaltskosten.

Da als Heizung meist eine strombetriebene Wärmepumpe zum Einsatz kommt, hat man bei einem Passivhaus einen erhöhten Strombedarf. Dafür fallen keine gesonderten Heizungskosten an. Mit 1 kWh elektrischer Energie transportiert die Wärmepumpe zwischen 1,3 und 3,7 kWh Wärme auf ein höheres Temperaturniveau. Hinzu kommt, dass die aufgebrachte elektrische Energie ebenfalls als Wärme genutzt werden kann. Es ergeben sich also 2,3 bis 4,7 kWh Wärme pro kWh aufgebrachter elektrischer Energie. Die Leistungsrate wird als Coefficient Of Performance (COP) in den Anlagenbeschreibungen ausgewiesen. Der gesamte Bedarf an elektrischer und thermischer Energie (Warmwasser, Licht, Heizung etc.) eines Passiv-Einfamilienhauses mit 160 m² Gesamtfläche kann mit etwa 6400 kWh im Jahr angenommen werden.

Etwa jeweils die Hälfte davon ist Wärmebedarf für Heizung sowie Warmwasser und sonstiger Verbrauch (Licht, Küchengeräte etc.). Der Wartungsaufwand für die Haustechnik entspricht dem eines normalen Wohnhauses.

Basierend auf der Passivhausbauweise wurden Energiestandards entwickelt. Dabei kann man heute von einem Richtwert des flächenbezogenen jährlichen Heizwärmebedarfs von 15 kWh/(m²a) ausgehen. Bei diesem Wert wird die bedeutendste Einsparung im Vergleich zum konventionellen Wohnungsbau beim Heizstoffverbrauch erzielt: Dies entspricht einem Verbrauch Heizöläquivalent von etwa 1,5 Liter Heizöl pro Quadratmeter Wohnfläche im Jahr.

Zertifizierungen anhand von Energiestandards wurden von privatwirtschaftlichen und staatlichen Stellen auf gesetzlicher oder Normen-Basis definiert.

Hierzu ist zu nennen der PHPP-Standard (Passivhaus Projektierungspaket) des Passivhaus Institutes (Qualitätsgeprüftes Passivhaus), der vom Passivhaus Institut in Darmstadt wird das Konzept (PHPP) erarbeitet wurde. Darin sind folgende grundlegende Rahmenbedingungen festgelegt:

Energiekennwert Heizwärme max. 15 kWh/(m²a) oder Heizwärmelast max. 10 W/m²
Drucktestluftwechsel n50 max. 0,6 h-1
Energiekennwert der gesamten Primärenergie max. 120 kWh/(m²a) inkl. Haushaltsstrom

Für Nichtwohngebäude gilt zusätzlich:

Energiekennwert Nutzkälte max. 15 kWh/(m²a)
sowie allfällige Sonderbedingungen für vom kühl-gemäßigtem Klima Europas abweichende Standortbedingungen und Sonderfälle der Gebäudenutzung

Das PHPP-Konzept besteht aus einem umfangreichen Kriterienkatalog. Auf Basis dieser Rahmenbedingungen zertifiziert das Institut Gebäude mit dem Label Qualitätsgeprüftes PASSIVHAUS Dr. Wolfgang Feist.

Das Passivhaus Institut ist eine von Wolfgang Feist gegründete Forschungstelle und eine der führenden Institutionen auf dem Gebiet des Passivhausbauens. Es war maßgeblich an der Entwicklung der deutschen Energiestandard-Normen beteiligt; auf dem PHPP-Standard basiert auch der österreichische staatliche klima:aktiv-Standard.

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.“

Die genauen Anforderungen an ein Passivhaus sind im Passivhaus-Energiestandard beschrieben. Dieser ist eine Weiterentwicklung des Standards für Niedrigenergiehäuser. Eine Prüfstelle für die Einhaltung der Normen existiert in Deutschland nicht.

Das erste Passivhaus in Deutschland wurde 1991 in Darmstadt-Kranichstein gebaut und von Dr. Wolfgang Feist geplant, seinerzeit am Institut Wohnen und Umwelt. 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 Passivhaussiedlungen in Wiesbaden (21 Häuser), Hannover-Kronsberg (32 Häuser) und Stuttgart (52 Häuser). In den Jahren 1999 bis 2001 wurden im Rahmen von CEPHEUS weitere 221 Wohneinheiten in fünf EU-Ländern (Deutschland, Frankreich, Österreich, Schweden, Schweiz) an 14 Standorten errichtet – alle mit intensiven Messprogrammen, welche die vollständige Erfüllung der Erwartungen bestätigen.

Europas erstes großes Bürogebäude im Passivhausstandard mit Solar-Saisonspeicher entstand 1998 als Firmenzentrale eines Unternehmens in Cölbe bei Marburg. Inzwischen sind eine Reihe teils auch größerer Bürogebäude im Passivhausstandard errichtet worden wie beispielsweise Energon 2002 in Ulm mit einer Nettogrundfläche von 6911 m² und ca. 420 Arbeitsplätze oder Lu-teco 2006 in Ludwigshaven mit 10.000 m² Bürofläche und mehr als 500 Arbeitsplätzen.

Das erste Mal im Sozialwohnungsbau wurde die Maßnahme 2000 in Kassel eingesetzt (40 Einheiten). Mit dem Schiestlhaus am Hochschab wurde 2004/05 auf 2.154 m ü. A. das erstes hochalpine Gebäude in Passivbauweise gebaut. Derzeit entsteht in Wien die größte Passivhaussiedlung Europas, das “Eurogate” im dritten Wiener Gemeindebezirk mit 1700 Wohnungen, davon 700 im Passivhausstandard.

Inzwischen sind viele tausend Passivhäuser, hauptsächlich 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 von CEPHEUS bestätigt wurde. Etwa die Hälfte dieser Häuser steht in Österreich, das auf dem Gebiet der Energiesparhäuser führend ist. Es fördert seit 1996 Energiesparhäuser, und bis 2009 waren ca. 8.000 Wohnungen in A++-Standard ausgeführt, weitere 5.000 sind in Bau/Umbau.

Es gibt Passivhäuser als Massiv-, Holz-, Lehm- und in Schalungstechnikbauweise, wie auch als Polystyrolsteinhaus. Inzwischen wurden auch Bürogebäude, Heime, Schulen, Turnhallen und sogar Industriegebäude mit Passivhausstandard gebaut.

Das erste Passivhaus in den USA wurde 2003 in Urbana, Illinois als privates Wohnhaus 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 mit Hilfe der Deutschen Bundesstiftung Umwelt fertiggestellt. Besondere Medienpräsenz erreicht das Österreich-Haus in Whistler (British Columbia) für die olympischen Winterspiele 2010 in Vancouver, das in Passivhaus-Standard ausgeführt ist. In Nordamerika ist diese Technik weitgehend unbekannt, es wurden erst ein paar Dutzend Häuser errichtet.

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 aufwendiger.

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.