Nachhaltigkeit durch Low-Tech: Wie viel Technik braucht ein Haus?

Der Wecker, die Lampe, die Dusche oder die Kaffeemaschine – all das sind alltägliche Technikprodukte, die wir meist komplikationsfrei bedienen können. Diese Art von „Technik“ ist simpel und meist intuitiv, die Funktionen sind klar, und der Nutzen ist direkt spürbar. Die Geräte können größtenteils selbst gewartet und instand gehalten werden. Sie sind in unserer heutigen Zeit so selbstverständlich, dass sie kaum mehr als „Technik“ wahrgenommen werden. Schaut man genau hin, stellt man fest, dass in den vergangenen Jahren und Jahrzehnten eine schleichende Technisierung und folgend eine Erhöhung des Strom- und Ressourcenverbrauchs in unserem direkten Lebensumfeld stattgefunden hat.

In dem Kontext ergeben sich Fragen nach

• dem Nutzen der Technik bzw. nach den Alternativen,
• der aufzuwendenden Energie zum Erreichen des identischen Ziels,
• den Investitionskosten in Proportion zum Nutzen,
• der Lebensdauer der Technik,
• der Dauerhaftigkeit, der Robustheit bzw. möglichen Wartungsund Instandhaltungskosten,
• der Umweltwirkungen bspw. durch zusätzliche Müllproduktion,
• den Umweltwirkungen an sich, die durch die Produktion der Technik sowie deren Entsorgung entstehen und
• der intuitiven Bedienbarkeit bzw. Robustheit in der Funktionalität.

Das sind schlussendlich auch die Fragen, die sich im Gebäudebereich stellen. Wachsende technische Möglichkeiten, wachsende Komfortansprüche, stetig steigende baurechtliche Anforderungen und öffentliche monetäre Förderungen, die an die größtmögliche Unterschreitung der baurechtlichen Mindestanforderungen geknüpft sind, führten in den vergangenen Jahren, wenn nicht sogar Jahrzehnten, zur steigenden Technisierung, zu steigender gebäudetechnischer Komplexität und wachsendem Strombedarf. Gleichzeitig scheint die Fähigkeit verloren zu gehen, simple, teils seit Jahrhunderten bekannte energie- und kostensparende Lösungen zu nutzen.

Modellvorhaben

Das Bundesmodellvorhaben „Effizienzhaus Plus“ in Berlin zeigt entsprechende Probleme auf. Ein freistehendes, bauortunabhängiges Wohngebäude mit 147 m² Nutzfläche, als Smart Building realisiert, benötigt rechnerisch jährlich 2.217 kWh Wärme. Um diese bereitzustellen, werden zusätzlich rund 2.775 kWh an Energie benötigt, rein um die Gebäudetechnik für die Wärmebereitstellung zu betreiben. Real betrug die Hilfsenergie im Durchschnitt der drei Monitoring-Jahre sogar 3.173 kWh.¹ Die Zahlen stimmen nachdenklich. Das Fraunhofer  IRB stellte in dem Fall fest, dass u. a. die fehlende thermische Zonierung, die Architektur des Gebäudes also, im Zusammenspiel mit dem Nutzerverhalten dazu führte, dass die Gebäudetechnik real einen wesentlich erhöhten Energiebedarf aufwies. Bereits durch architektonische, nicht technische Anpassungen konnte der Verbrauch real gesenkt werden.

Was bedeutet Low-Tech?

Der Begriff Low-Tech ist nicht eindeutig definiert. In der „Vorstudie Nachhaltiges LowTech Gebäude“ der Universität Liechtenstein wurden bestehende Publikationen zum Thema Low-Tech zusammengefasst. Ein Ergebnis war, dass das Verständnis für Low- oder High-Tech abhängig vom gegenwärtigen Entwicklungsstand ist. Was gestern High-Tech war, könnte morgen bereits als Low-Tech gelten. Dies gilt auch für den Gebäudebereich. Ob Low-Tech allgemeingültig definierbar ist, ist demnach fraglich. Eine weitere Erkenntnis der Studie ist, dass die Systemgrenzen variieren. Der Begriff bezog sich teils ausschließlich auf den Betrieb des Hauses, auf den sich auch alle baurechtlichen Anforderungen beziehen, zum Teil auf die Nutzung, die Herstellung oder auf den gesamten Lebenszyklus (siehe Abb. auf S. 8). Die unterschiedlichen Systemgrenzen erschweren eine eindeutige Definition.

Die Kosten stellen laut Studie oft einen Hauptaspekt dar: Teure technische Komponenten werden eher mit High-Tech, günstige mit Low-Tech assoziiert. Dies bezieht sich nicht nur auf die Investitionskosten.² Betriebs‑, Instandhaltungs- und Austauschkosten für unterschiedliche Komponenten kommen im Lebenszyklus der Immobilie hinzu. Das Nutzerverhalten spielt in dem Kontext eine große Rolle.

In einer Studie der Gemeinnützigen Bau- und Mietergenossenschaft Zürich wurden zwei vergleichbare Gebäudeteile, einer mit Fensterlüftung, einer mit kontrollierter maschineller Wohnraumlüftung, im realen Betrieb verglichen. Theoretisch-rechnerisch sollte sich durch die Lüftungsanlage ein erhöhter Strombedarf, gleichzeitig jedoch ein entscheidend reduzierter Heizwärmebedarf durch Nutzung der Wärmerückgewinnung einstellen. Die realen, gemessenen Ergebnisse zeigen, dass der Stromverbrauch der Wohneinheiten mit maschineller Lüftung um 63 % höher ist als bei der Fensterlüftung. Das war tendenziell zu erwarten. Der gemessene Wärmeverbrauch lag allerdings nur um 1,8 % unter dem in den Wohneinheiten mit Fensterlüftung, obgleich das theoretische Einsparpotenzial ursprünglich mit 24 % prognostiziert wurde. Dass die Ziele nicht erreicht wurden, lag am Bedürfnis des Mieters, in bestimmten Situationen das Fenster trotz maschineller Lüftung zu öffnen. Die anhand der realen gemessenen Verbräuche erstellte Ökobilanz zeigte, dass die manuelle Fensterlüftung in allen untersuchten Indikatoren besser als die maschinelle Lüftung abschneidet. Im Bereich der Lebenszykluskosten erreichte die Variante mit Lüftungsanlage 380 % höhere Kosten als die Fensterlüftung.

Diese Ergebnisse zeigen stellvertretend, dass trotz technischen Aufwands weder zwangsläufig die Ziele der Energie- und CO²-Einsparung erreicht werden müssen, noch dass die Nutzerzufriedenheit durch den Einsatz von Technik real garantiert ist. Vor dem Hintergrund, dass der im Mietwohnungsbau häufig thematisierte Mindestluftwechsel zum Feuchteschutz auch durch den Einbau von feuchtegeführten, nicht strombasierten, rein passiven Zu- und Abluftdurchlässen gewährleistet werden kann, erschienen die Ergebnisse solcher Studien noch relevanter. Die Frage nach Low-Tech-Alternativen sollte jedenfalls immer gestellt werden.

Wie viel und vor allem welche Technik ein Haus benötigt, hängt generell von den Projektzielen, in erster Linie jedoch vom Bedarf des Nutzers ab. Was im Einfamilienhausbau funktioniert, muss im Mehrfamilienhausbau noch lange nicht tragfähig sein. Was im Bürobau zur Effizienz führt, kann im Kindergartenbau real zu erhöhten Verbräuchen führen.

Projekt 2226

Das Projekt 2226 von Baumschlager Eberle Architekten ist ein Wegbereiter der aktuell breiten Diskussion von Low-Tech-Ansätzen. Die Architekten konzipierten einen Bürobau, der laut Architekt ohne jegliche Heizung auskommt. Der Projektname legt die Latte hoch: Die Raumlufttemperaturen sollen sich ohne Heizungs‑, Kühlungs- und Lüftungstechnik ausschließlich durch Steuern und Regeln der Fensterlüftung im Temperaturbereich von 22 bis 26 °C bewegen. Ganzjährig. Erreicht wurde eine relativ stabile Temperaturkurve durch Nutzung der internen thermischen Gewinne durch die Nutzer und Geräte. Die Lüftungsstrategie des Gebäudes wurde mit speichernden Innenwänden und Decken sowie einer erhöhten Geschosshöhe kombiniert, die durch das vergrößerte Luftvolumen ein späteres CO²-geführtes
Lüften erlaubt. Dies führt zu weniger thermischen Auffälligkeiten, als es Außenstehende für möglich halten. Die realen Temperaturen sind durch ein Gebäudemonitoring belegt. Das Projekt negiert den Ort, schottet sich nach außen ab, um die solaren thermischen Gewinne zu reduzieren und sich stattdessen auf die Nutzung und das Management der meist hohen, inneren thermischen Gewinne zu konzentrieren. Auch wenn das angestrebte Temperaturprofil nicht vollumfänglich eingehalten werden kann, dient das Projekt als längst fälliger Gedankenanstoß, der neue Wege aufzeigt. Das Projekt dient als wertvolle Diskussionsgrundlage. Es wurde 2013 in Betrieb genommen und kann besichtigt werden.

Ein Projekt wird zum Low-Tech-Projekt, wenn zunächst alle Möglichkeiten der nicht technischen Regulation der Gebäudefunktionen ausgeschöpft sind, bevor zu technischen Lösungen gegriffen wird. Dies betrifft alle Lebensphasen und Funktionen, von der Rohstoffgewinnung über den Betrieb bis zum Recycling, vom Sonnenschutz bis zur Heiztechnik.

No-Tech-Architekturen als Vorbild

Autochthone Haustypen, alte Architekturen, über Jahrhunderte hinweg von Generation zu Generation ohne das Zutun eines Architekten am Ort optimiert, kamen ursprünglich – aus der Not heraus – gänzlich ohne Technik aus. Die Analyse dieser alten Gebäude zeigt einfache, heute noch realisierbare Strategien, die den Bedarf und somit den technischen Aufwand für unsere Häuser elementar reduzieren könnten. Das Bauen an einem energetisch sinnvollen, geschützten Ort, eine energetisch sinnvolle Ausrichtung sowie die energetisch sinnvolle thermische Zonierung, die Verwendung lokal verfügbarer Materialien und die Nutzung recycle- und wiederverwendbarer Konstruktionen prägten all diese Architekturen. Diese Strategien könnten auch heute noch genutzt werden.

Ein Haustyp auf Sarti (siehe Abb. unten) zeigt beispielsweise Strategien zur passiven Kühlung auf: Das Haus weist einen verschatteten, auf den steigenden Hang ausgerichteten Hof und stark besonnte, auf den fallenden Hang ausgerichtete Terrassen auf. Die Wohnräume haben einen Anschluss an beide Außenbereiche. Durch den Auftrieb im besonnten Bereich ist es so möglich, kühle Luft nachzuziehen und die Räume zu klimatisieren. Die Dachüberstände, die weiße Farbe der Gebäudehülle mit geringem Absorptionsgrad sowie das Tonnendach, das im Vergleich zu anderen Dachformen eine reduzierte solare Absorptionsfläche aufweist, tragen zum Raumklima bei. Solch kluge Architekturen findet man kulturunabhängig, passend zu den Bedingungen jeder Klimazone. Heute entstehen Architekturen, die den Kontext vollends negieren und Defizite technisch kompensieren. Die Logik müsste uns eigentlich sagen, dass diese Strategie real weder ökonomisch noch ökologisch zu Einsparungen führen kann.

Wie kann Low-Tech erreicht werden?

Um Gebäudekonzepte mit optimiertem Technikanteil zu entwickeln, bedarf es dieser vier Schritte:

1. Analyse der äußeren Bedingungen

• Klären der lokalen Gegebenheiten (Sonnenbahn/Temperaturen/Wind)
• Klären der am Ort verfügbaren regenerativen Energien
• Klären der verfügbaren Medien des Energieversorgers
• Fixieren möglicher Potenziale und Restriktionen am Ort

2. Analyse der inneren Bedingungen

• Klären und diskutieren der Nutzeranforderungen (Komfort)
• Klären der Nutzungsauswirkungen (interne Lasten/Personenströme …)
• Fixieren der Projektziele (Hier stellt sich auch die Frage: Was ist Bedarf, was ist Bedürfnis?)

3. Entwicklung des bauphysikalisch-architektonischen Konzepts (passive Strategien – Energiebedarfsreduktion)

4. Entwicklung des gebäudetechnischen Konzepts (aktive Strategien)

Die Reduktion des Energiebedarfs wird durch architektonisch-baukonstruktive Maßnahmen erreicht, die regenerative Deckung des Bedarfs durch die gebäudetechnische Konzeption. Bauphysik – Architektur – Technik: Die Optimierung stellt im Idealfall einen iterativen Prozess dar. Technik muss die Folge aus Bauphysik und Architektur sein, nicht andersherum. Zehn Themen müssen dazu bearbeitet werden, wie die Zusammenstellung oben zeigt.

Referenzprojekt „we house Herne“

Bei der Umnutzung eines Hochbunkers in Herne wurden verschiedene Low-Tech-Strategien geplant, die bis 2020 realisiert werden. Die Archy Nova Projektentwicklung GmbH schreibt mit dem Projekt ihr Portfolio in sozialer, ökologischer wie ökonomischer Hinsicht logisch fort und realisiert die Umnutzung eines leer stehenden, aktuell fensterlosen Hochbunkers in Herne als Pilotprojekt. Ende 2020 sollen die ersten Wohnungen bezugsfertig sein. Da das Bohren von Fenstern, Durchbrüchen und Schächten einen enormen energetischen wie finanziellen Aufwand darstellt, war schnell klar, dass ein radikales Energiekonzept entwickelt werden muss – die Reduktion auf das Notwendigste wurde zur Pflicht.

Suffizienzkonzept

Der Suffizienz-Gedanke der Archy Nova prägt die übergreifende Konzeption. Ziel ist die Reduktion auf das Nötige bei Gewährleistung eines gleichzeitig hohen Wohn- und Lebenskomforts und sozialverträglichen Kosten. Die Planung sieht gut möblierbare, flächenreduzierte Wohnungen vor, deren Reduktion auf den verfügbaren Gemeinschaftsflächen kompensiert wird. Alles, was für das private Wohnen elementar notwendig ist, wird in den Wohnungen verfügbar sein. Das, was nicht als alltägliche Notwendigkeit gilt, wird auf gemeinschaftlichen Flächen zur Verfügung gestellt. Das Teilen der komfortrelevanten Nutzungen führt zwangsläufig zur Reduktion der Umweltwirkungen bei gleichzeitig hohem Lebens- und Wohnkomfort und geringen Kosten für den Einzelnen. Kommunikation und Gemeinschaft werden durch das Teilen gefördert. Die Wohnnutzung wird durch den lokalen Anbau von Gemüse im Dachgewächshaus, eine professionelle Gemeinschaftsküche, Gästezimmer, ein gemeinsames Kaminzimmer, einen Wäsche- und Tiefkühlraum, Elektro-Car-Sharing, Fitness- und Saunabereich komplettiert.

Energiekonzept

Einfache, robuste und wartungsarme Systeme wurden gesucht, die den Energiebedarf des Hauses zu 100 % aus regenerativen Energien decken. Ziel war ein in Investition und Nutzung preiswertes und gleichzeitig ökologisches Low-Tech-Konzept, mit dem das Gebäude mit seinen unterschiedlichen Nutzungen Wellness, Gewächshaus, Wohnen, Gemeinschaft und Restaurant ökologisch verträglich versorgt werden kann. Das Haus wird durch 100 % Öko-Strom sowie PV-Strom betrieben, geheizt wird mit Infrarot-Strahlungsheizplatten, das Warmwasser wird durch Elektrodurchlauferhitzer mit Kleinspeichern bereitgestellt, die den Eigennutzungsgrad des PVStroms erhöhen. Das gebäudetechnische Konzept bringt folgende Vorteile mit sich:

• Betrieb durch 100 % regenerative Energien möglich
• Entfall der Heizzentrale
• Entfall des hydraulischen Systems (nur Kaltwasserleitungen, keine Hygieneanforderungen)
• Entfall von Wärmemengenzählern
• Reduktion der Investitions- und Wartungskosten
• Entfall der Systemverluste (100 % Endenergie = 100 % Nutzenergie)

Technischer Aufwand, Instandhaltungs- und Wartungsaufwand sind so auf ein Minimum reduziert. Das ausschließlich strombasierte Versorgungssystem ist simpel, robust und ressourcenschonend.

Die Reduktion des Energiebedarfs wird durch Reduktion der Wärmeverluste über die Gebäudehülle, durch konsequente Nutzung der verfügbaren Energien sowie durch Reduktion der voll beheizten Raumvolumen erreicht. Die Abwärme der Wohnräume wird im we house Herne durch eine einfache Abluftanlage genutzt, um das Gewächshaus auf dem Dach zu temperieren und frostfrei zu halten. Die Wärme des Abwassers wird verwendet, um die Waschmaschinen im Waschraum zu bedienen. Die Abluft des Restaurantbereichs sowie die Abwärme der Kühlaggregate im Kühlraum erwärmen die notwendige Zuluft im Restaurantbereich. Momentan wird geprüft, ob die Abwärme der auf dem Turm befindlichen Funk-Antennen mit geringem Technikaufwand genutzt werden kann.

Der Bauherr untersucht aktuell, inwiefern das aus der „Bauaufgabe Bunker“ heraus entwickelte Low-Tech-Konzept auf weitere Wohnbauprojekte übertragen werden kann.

¹ Erhorn, Hans et al.: Messtechnische und energetische Validierung des BMUB-Effizienzhauses Plus in Berlin – Messphase 2.: IBP-Bericht WB 183/2015.

² Anm.: Laut dem Immobilienbrief Stuttgart (#264_2019) stiegen die Baukosten für den technischen Ausbau von 2000 bis 2019 um 135 %, während die Baukostensteigerung insgesamt nur 55 % betrug.

Die zehn Bausteine des energieoptimierten Bauens (Grundlage: Hegger, Fuchs, Stark, Zeumer: Energie Atlas – Nachhaltige Architektur. München 2007)

DARSTELLUNG: DR. ANGÈLE TERSLUISEN

Referenzprojekt we house Herne

Literatur & Links

Ritter, Volker: Vorstudie Nachhaltiges LowTech Gebäude. Universität Liechtenstein, Eigenverlag. 2014

www.baumschlager-eberle.com/werk/projekte/projekt/2226

www.we-house.life/standorte/herne

Die Autorin

Dr. apl. Prof. Dr. Ing. Angèle Tersluisen
Angèle Tersluisen absolvierte eine Bauzeichnerlehre bei KZA in Essen. Im Anschluss studierte sie Architektur an der TU Darmstadt und ETH Zürich, sie diplomierte in Darmstadt. Von 2007 bis 2010 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin an der TU Darmstadt, wo sie promoviert wurde. 2010 wechselte sie an die TU Kaiserslautern, wo sie seitdem das Fachgebiet Hauskybernetik, zunächst als Junior‑, seit 2017 als außerplanmäßige Professorin leitet. Seit 2017 ist sie Teil der ee concept GmbH in Darmstadt. Angèle Tersluisen ist Energieberaterin und DGNB-Consultant.

www.ee-concept.de