Plus-Energie durch innovatives Energiekonzept
Tageslicht steuert den Lebensrhythmus der Menschen, fördert das Wohlbefinden und steigert die Leistungsfähigkeit. Zudem ermöglicht eine kontrollierte Tageslichtnutzung den reduzierten Einsatz künstlicher Beleuchtung und sorgt für solare Energieeinträge im Winter. So kann die gezielte Nutzung von Tageslicht dazu beitragen, den Energieverbrauch eines Gebäudes maßgeblich zu verringern. Wie sich Tageslicht optimal nutzen lässt, zeigt das Bauprojekt „Home for Life“: Das in Lystrup bei Aarhus gelegenes Einfamilienhaus mit einer Grundfläche von 190 Quadratmetern ist ein Gemeinschaftsprojekt von VELUX und Velfac und entstand in enger Kooperation mit Aart Architects und Esebensen Consulting Engineers. Als erstes bereits fertig gestelltes Objekt im Rahmen des europaweiten VELUX Model Home 2020 Projekts verbindet das Home for Life Wohnqualität mit höchster Energieeffizienz und zeichnet sich dadurch aus, dass es mehr erneuerbare, CO2-neutrale Energie erzeugt, als seine Bewohner verbrauchen.
Dämmung als Voraussetzung für Plus-Energie
Das Haus basiert auf einer leichten Holzkonstruktion mit tragenden Holz I-Trägern und Leimholz Balken. Zusätzlich wurden die Konsolen im Bereiche der Küche und des Wohnzimmers mit Stahlkonstruktionen verstärkt. Um die Wärmeverluste der Gebäudehülle auf ein Minimum zu reduzieren, standen die luftdichte Konstruktion der Gebäudehülle und die effektive Dämmung von Wänden, Dach und Bodenplatte nach modernsten Erkenntnissen im Mittelpunkt. Aus diesem Grund kam an den Wänden eine 395 Millimeter starke mineralische Dämmung aus Rockwool-Steinwolle zum Einsatz, sodass ein U-Wert von 0,1 W/m2K erreicht werden konnte. Auch das Satteldach wurde zweilagig mit Steinwolle in einer Stärke von 540 Millimetern gedämmt. Der U-Wert beträgt 0,07 W/m2K. Sowohl die Fassade als auch das Dach wurden mit Kongebro Naturschiefer verkleidet. Die Bodenplatte wurde ebenfalls mit einer Höhe von 500 Millimeter gedämmt. Der U-Wert beträgt auch hier 0,07 W/m2K.
Für den luftdichten Abschluss der verbauten Dachfenster zur angrenzenden Dachfläche sorgt die VELUX Dampfsperrschürze. Diese in den Ecken verschweißte und jeweils zur Fenstergröße passende Folie gewährleistet eine dampf- und luftdichte Verbindung vom Fenster zur dachseitigen Dampfsperre und Luftdichtheitsschicht. Klebebänder dichten den Übergang zur Dampfsperre und Luftdichtheitsschicht in der Dachfläche ab. Durch den Einbau mit dem VELUX Eindeckrahmen EDW liegen die Fenster tiefer im Dach, so dass eine ebene Dachfläche entsteht. Dies bietet nicht nur eine moderne Optik, sondern erzielt gleichzeitig eine verbesserte Wärmedämmung. Die Fenster sind 3-fach-verglast und ihre Rahmen zusätzlich innen und außen gedämmt.
Passive, solare Wärmeeinträge als Basis des innovativen Energiekonzepts
Ein wesentlicher Aspekt bei der Energieplanung und hervorstechendstes Kennzeichen des „Home for Life“ sind die großen Fensterflächen. Mit 75 Quadratmetern betragen sie ca. 40 Prozent der Geschossfläche und sind damit fast doppelt so groß wie bei einem typischen Einfamilienhaus. Größe und Position der ausgewählten Fenster wurden durch die Sonnenstellung am Himmel, die Jahreszeiten, Energieoptimierungsaspekte und die Bedürfnisse der Bewohner bestimmt. Licht- und Lufteintrag werden optimiert und der Energiebedarf des „Home for Life“ minimiert. Zudem schaffen die ausgewählten Fenster durch Größe, Standortwahl und Beschaffenheit genau die benötigte Balance zwischen erforderlicher Wärmedämmung (U-Wert) und Nutzung passiver Wärmegewinne (g-Wert) und tragen in erheblichen Umfang zur Deckung des Wärmebedarfs im Winter bei. So können im „Home for Life“ ca. 50 Prozent der Raumwärme durch passive Solargewinne gedeckt werden. Der restliche Heizwärmebedarf wird über eine Kombination von Fußbodenheizung in den Aufenthaltsräumen und Heizkörpern in den Schlafräumen abgedeckt.
Beim Gebäudemanagement wird zudem auf einen möglichst geringen Heizwärmeverbrauch geachtet. Unter anderem sorgt ein während der Heizperiode eingesetztes, mechanisches Belüftungssystem mit Wärmerückgewinnung dafür, dass die kalte Zuluft ohne zusätzlichen Energiebedarf aufgewärmt wird. Das System ist so programmiert, dass die einzelnen Zimmer nur bei Bedarf mit frischer Luft versorgt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Haus nicht stärker als nötig belüftet wird und dennoch ein angenehmes Innenraumklima herrscht. Zusätzlich verhindert die automatische Lüftung auch die Entstehung einer zu großen Feuchtigkeit in der Raumluft und sorgt so dafür, dass sich kein Schimmel bilden kann. Im Sommer ersetzt ein sensorgesteuertes, natürliches Belüftungssystem das mechanische System. Es gewährleistet nicht nur die Frischluftzufuhr in den Räumen sondern reduziert zudem den Energieverbrauch.
Energiedach erwirtschaftet Überschuss
Der auf ein Minimum reduzierte jährliche Gesamtenergiebedarf von insgesamt 53,2 kWh/m² für Heizwärme, Warmwasser und Strom wird komplett mit erneuerbaren Energien produziert. Im Mittelpunkt steht dabei das südwärts orientierte Schieferdach, das als regelrechtes „Energiedach“ konzipierte wurde: Photovoltaik-Kollektoren mit einer Fläche von 50 Quadratmetern produzieren den benötigten Strom. Für die Warmwasserproduktion sind Solarthermie-Elemente mit einer Fläche von 6,7 Quadratmeter zuständig. Die Indach-Kollektoren von VELUX ähneln in der Gestaltung den VELUX Dachfenstern und fügen sich harmonisch in die Dacharchitektur ein. Der Clou für den Dachhandwerker: Die fachgerechte, dichte Montage der Kollektoren erfolgt nach den gleichen Prinzipien wie bei den Dachfenstern.
Den restlichen Energiebedarf deckt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. Diese nutzt dank der Kopplung mit der solarthermischen Anlage sowohl die Umweltwärme aus der Luft als auch die Sonnenenergie. Da die Wärmepumpe unmittelbar in den Solarkreis eingebunden ist, erhöht sich ihr Wirkungsgrad gegenüber einer herkömmlichen Anlage um 25 Prozent. Zudem heizt die Wärmepumpe im Heizbetrieb nicht erst den Speicher auf, sondern speist die Heizkreise direkt. So werden Abstrahlverluste durch den Speicher vermieden und der Energieaufwand ist geringer, als bei herkömmlicher Pufferung im Speicher. Die nachhaltig, selbst erzeugte Energieausbeute beträgt 62,6 kWh/m² pro Jahr - das Home for Life erwirtschaftet damit einen jährlichen Energieüberschuss von 9,4 kWh/m².
Tageslicht und frische Luft sorgen für Wohlbefinden
Die auf allen vier Fassadenseiten sowie im Dach platzierten Fenster sorgen dank schmaler Rahmenprofile für tief in alle Raume fallendes natürliches Tageslicht. Dabei verbindet die optimierte Tageslichtnutzung Energieeffizienz mit hohem Wohnkomfort. Im Zusammenspiel mit Beschattungselementen lässt sich der Einfall von Tages- und Sonnenlicht dynamisch regulieren. So können die Bewohner die Raumhelligkeit flexibel und komfortabel an ihre Bedürfnisse anpassen – der Einsatz von künstlicher Beleuchtung kann gleichzeitig reduziert werden. Darüber hinaus schaltet das Steuerungssystem das Licht in unbenutzten Räumen automatisch aus und reduziert den Energieverbrauch zusätzlich.
Die an der Hausinnen- und -außenseite angebrachten Sonnenschutzvorrichtungen werden ebenfalls durch die intelligente Steuerung reguliert. Durch das intelligente Zusammenspiel der Sensoren und einen regelmäßigen Abgleich von Sonnenlicht und Außentemperatur entscheidet das Sensorsystem das ganze Jahr über selbständig, ob automatische Rollläden und Hitzeschutzmarkisen besser geöffnet oder geschlossen sein sollten. Im Sommer sind die Räume automatisch besser vor Hitze geschützt, im Winter nutzt das System tagsüber intelligent die solare Energie und optimiert in der Nacht die Wärmedämmung. Dadurch werden Wärmeaufnahme und Lichteinfall optimiert und ganzjährig ein gesundes Raumklima geschaffen:
Einjähriger Praxistest liefert wichtige Erkenntnisse
Der entscheidende Teil des Experiments begann nach der Fertigstellung des „Home for Life“: Um das Wohnen der Zukunft auf die Probe zu stellen und die Theorie in der Praxis zu überprüfen, zog eine fünfköpfige Familie in das Konzepthaus ein. Die Simonsens waren ein Jahr lang Teil des Experiments und führten Protokoll über die Bewohnbarkeit des Hauses. Parallel wurden Energieerzeugung und -verbrauch von der Ingenieurhochschule Aarhus gemessen und dokumentiert.
Zu den wesentlichen Erkenntnissen zählt, dass die über die Sonnenkollektoren und Solarzellen gewonnenen Energiemengen allen Erwartungen gerecht wurden und sogar die ursprünglich berechneten Werte übertrafen. „An einem sonnigen Tag konnten wir sechsmal mehr Strom in das Netz einspeisen, als wir selbst benötigten”, erklärt Sverre Simonsen. Auch kann der Energiebedarf in Zukunft niedrig gehalten werden, obwohl dieser während der einjährigen Testphase über den theoretischen Berechnungen lag. Dies lag vor allem daran, dass die Simonsens erst kurz vor dem Einzug ins „Home for Life“ ihr drittes Kind bekommen hatten: Deshalb musste die Temperatur in den Wohnräumen um zwei bis drei Grad höher sein, als ursprünglich berechnet.
Auch die Steuerungssysteme benötigten während der Testphase mehr Energie, als im Normalbetrieb erforderlich wäre. Dies lag zum einen an den umfangreichen Messungen und Aufzeichnungen von Verbrauchsdaten und daran, dass das System erst eingefahren werden musste. Darüber hinaus war der Bedienbildschirm der Steuerungseinheit durch seine zentrale Lage jedoch auch eine große Attraktion für die technikbegeisterte Familie, die ebenfalls viel mit der Steuerung experimentierte. In Zukunft wird der Energiebedarf des Steuersystems deutlich sinken und seine Steuerungsfunktionen noch benutzerfreundlicher werden.
Der hohe Tageslichtanteil und die frische Luft im Haus wurden von allen Familienmitgliedern als äußerst positiv empfunden. „Wir konnten jede Minute im Haus genießen, und wir haben schon ein paar Ideen, wie wir mehr Tageslicht in unser eigenes, in traditioneller Bauweise erstelltes Einfamilienhaus bekommen können”, berichtet Sophie Simonsen. Und auch das gute Raumklima im Haus überzeugte: Messungen der Raumtemperatur, der Luftfeuchtigkeit und des CO2-Gehalts der Luft zeigten, dass das Raumklima insgesamt den Erwartungen entsprach und von der Familie als angenehm empfunden wurde. So war der CO2-Gehalt in den Räumen mit natürlicher Klimatisierung deutlich geringer als in denen ohne und auch das Raumklima wurde von den Familienmitgliedern in diesen Zimmern am angenehmsten empfunden.
Fazit
Die Erfahrungen aus dem Home for Life-Projekt zeigen, dass sich die Vision von Energieeffizienz in Verbindung mit höchstem Wohnwert verwirklichen lässt und bis 2020 die in der EU erwarteten gesetzlichen und normativen Anforderungen erfüllt werden können. Dank des energieeffizienten Designs erzeugt das „Home for Life“ mehr Energie, als die Bewohner verbrauchen, sodass die überschüssige Energie. nach rund 40 Jahren der für die Hausbaumaterialien aufgewendeten Energiemenge entspricht.