Energieautarkes Haus: Intelligent und lustvoll verschwenden

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1 Energieautarkes Haus: Intelligent und lustvoll verschwenden Fossile Energien sind endlich. Die Abnahmepreise für Strom und Gas steigen und werden sich auch in den kommenden Jahren und Jahrzehnten weiter verteuern. Kein Wunder also, dass verstärkt Wohnkonzepte entwickelt werden, bei denen möglichst wenig oder bestenfalls gar keine Energie verbraucht wird. Ehrgeizige Ziele gibt es viele, drei bayerische Landkreise streben etwa an, bis zum Jahr 2035 völlig energieautark zu werden. Häuslebauer müssen nicht so lange warten, denn seit einiger Zeit ist ein Einfamilienhaus auf dem Markt, das sich selbst versorgt, seine Bewohner somit unabhängig von Energielieferanten macht und dabei noch bezahlbar ist. TALIS sprach mit Entwicklern und Vermarktern über das Haus und seine Technik, die bisherigen Erfahrungen sowie zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten. Der neun Kubikmeter große Wärmespeicher wird eingebaut. 58 SPEZIALISIERUNG Ökologisches Bauen IDEE UND KONZEPT Das Medieninteresse war riesig. Dabei wurde im Mai 2011 im Musterhauspark des Eigenheimbauers Helma in Lehrte zwischen Hannover und Braunschweig nur ein Einfamilienhaus vorgestellt. Dennoch kamen Vertreter wichtiger Tageszeitungen, auflagenstarker Wochenzeitschriften und großer Fernsehsender, um darüber zu berichten. Natürlich waren und sind wir von unserem Projekt überzeugt, aber bei der Präsentation hat uns auch der Zufall in die Karten gespielt, sagt Prof. Timo Leukefeld. Der Zufall, von dem der Diplom-Ingenieur und Solar-Tüftler aus Freiberg spricht, war die Nuklearkatastrophe im japanischen Fukushima, in deren Folge sich das energiepolitische Denken binnen kürzester Zeit vehement verändert hatte und nun bei Bevölkerung und Medien ein riesiger Bedarf an neuen Konzepten bestand. Das energieautarke Haus kam also zur rechten Zeit, dennoch aber völlig überraschend. Bei vergleichbaren Projekten ist es üblich, die Presse frühzeitig anzufüttern, sie zur Grundsteinlegung einzuladen oder über den Baufortschritt auf dem Laufenden zu halten. In diesem Fall wurden die Medien jedoch erst informiert, als das Ergebnis dastand. Diese Arbeitsweise ermöglichte uns, ganz in Ruhe zu arbeiten und auch keine Mitbewerber aufmerksam zu machen, erinnert sich Leukefeld, der seit Beginn der 1990er Jahre in der Energie- und Solarbranche tätig ist. Bis 2011 war er Geschäftsführer der Soli fer Solardach und gründete dann seine neue Firma Timo Leukefeld Energie verbindet. Er gehört der Enquete-Kommission Strategien für eine zukunftsorientierte Technologie- und Innovationspolitik im Freistaat Sachsen des Sächsischen Landtages an und ist Vorstandsmitglied des Sonnenhaus-Institutes. Die Vorstufe des energieautarken Hauses entstand Leukefeld war damals Projektleiter des Energetikhaus 100, einem Gebäude, das sich ganzjährig mit Sonnenenergie beheizt. Nachdem 20 dieser Häuser gebaut wurden, entstand der Gedanke, konsequenterweise auch die Stromseite zu integrieren. Mit dieser Idee biss der Solaringenieur bei einigen Hausbauunternehmen, die er ansprach, allerdings auf Granit und bekam Antworten wie Energieautark? Das brauchen wir in Deutschland nicht oder Wozu? Strom ist doch billig. Anders die Firma Helma Eigenheimbau. Deren Geschäftsführung bat ihn 2009 um Zusammenstellung eines Expertenteams. Der Projektgruppe unter Leitung von Leukefeld gehörten neben Helma schließlich die Firmen Sunstrom, Anbieter von Photovoltaik-Anlagen aus Dresden, und ACX, Experte für Steuerungstechnik aus Liechtenstein, an. Das Haus sollte für eine vierköpfige, normal verdienende Familie konzipiert werden. Daher war ein Preis zu erreichen, der deutlich unter dem vergleichbarer Häuser liegt. Leukefeld erzählt von Plusenergiehäusern, deren Baukosten rund eine Million Euro betragen und die dennoch einen Netzanschluss benötigen, denn

2 Ein bis zwei Festmeter Holz genügen, um den Restwärmebedarf abzudecken. ihre Jahresbilanz fällt zwar positiv aus, doch in der stromfressenden Heizperiode muss Energie zugekauft werden. Einziger wirklicher Konkurrent im energieautarken Bereich ist das 1992 vom Fraunhofer-Institut entwickelte und in Freiburg gebaute Solarhaus, dessen Baukosten allerdings mit 1,4 Millionen Euro zu Buche schlagen. Aufgrund der beträchtlichen Kosten konnte bislang praktisch keines dieser Häuser verkauft werden. Enttechnisieren als Herausforderung Wenn viele kreative Köpfe zusammensitzen und all ihr Wissen und ihre Erfahrung einbringen wollen, dann landen wir ganz schnell bei einem für Otto Normalverbraucher unbezahlbaren Haus, weiß der Projektleiter. Insofern sei das Enttechnisieren eine große Herausforderung während der zweijährigen Forschungsphase gewesen. So wurde das zunächst angedachte kontrollierte Be- und Entlüftungssystem gestrichen und durch Sensoren ersetzt, die gleichzeitig als Brandmelder fungieren und den CO 2 -Gehalt messen. Wenn Bedarf besteht, wird das Fenster durch einen Motor ein wenig geöffnet und wieder geschlossen, sobald die Luftqualität wieder hergestellt ist. Die Kernproblematik bestand darin, den Stromverbrauch, der bei einer vierköpfigen Durchschnittsfamilie bei bis kwh jährlich liegt, dramatisch zu drosseln, denn mit solch hohen Werten wäre eine Autarkie nicht möglich. Die zu erreichenden Einsparungen sollten aber keine negativen Auswirkungen auf die Bewohner und deren Wohlbefinden haben. Auch hier war Enttechnisierung vonnöten, wie Leukefeld erklärt: Die meisten Wettbewerber sind sicher gescheitert, weil sie die Technik auf diesen durchschnittlichen Verbrauch ausgelegt haben und zusätzlich intelligente Gebäudemanagement-Systeme eingefügt haben. Sie bewirken eine Einsparung von 200 kwh, haben aber einen Eigenverbrauch von bis zu kwh. Das zerstört jede Möglichkeit der Eigenversorgung. Jahresverbrauch deutlich gesenkt Am Ende einer einjährigen Experimentierphase gelang es dem Projektteam, den Jahresverbrauch des Versuchshaushalts mit zwei Kindern, die bekanntermaßen energetisch eher verschwenderisch agieren, auf kwh zu bringen. Dies wurde dadurch erreicht, dass keine Wärmepumpen eingesetzt werden, die Strom zu Wärme wandeln, die Stromfresser Waschmaschine und Geschirrspüler an das Warmwassersystem angeschlossen wurden, der Standby-Verbrauch durch eine intelligente Regelung heruntergefahren werden konnte und ein sparsames LED-Lichtkonzept integriert wurde. Angesetzt wurde schließlich aber sogar ein Wert von kwh. Dieser Puffer ist laut Leukefeld dem Faktor Angst geschuldet. Niemand solle befürchten müssen, im Dunkeln zu sitzen. Da die Dachflächen begrenzt sind und die Stromabdeckung durch die Photovoltaik 100 Prozent erreichen sollte, waren Abstriche bei der Solarthermie notwendig. Die solare Abdeckung beträgt beim Musterhaus in Lehrte nun 65 Prozent, den Restwärmebedarf im Winter decken höchstens zwei Festmeter Holz ab, die im Wohnzimmerkamin verfeuert werden. Frieren, sagt Leukefeld, müsse im energieautarken Haus niemand. Im Gegenteil. Im Normalfall würden die Menschen heute damit konfrontiert, dass sie sich einschränken und ihre Heizungen drosseln sollten, um Energie zu sparen und das Klima zu schonen. Im energieautarken Haus habe ich die Energie in meinem Speicher. Kostenlos. Wenn ich es behaglich warm haben will, belaste ich weder mein

3 Die Blei-Akkus dürfen nicht zu warm gelagert werden. Nachts tanken Elektroauto oder Roller den Sprit zum Nulllarif. Portemonnaie noch die Umwelt. Das nenne ich die Möglichkeit des intelligenten Verschwendens. Und da ich den Strom selbst produziere, kann ich nachts mein Elektroauto aufladen und dadurch wieder lustvoll und ohne ein schlechtes Gewissen Auto fahren, fasst Leukefeld den hohen Komfort zusammen, den das Haus bietet. Die Selbstversorgung geht nämlich so weit, dass es möglich ist, auch die Elektromobilität in zehn Monaten des Jahres abzudecken. Damit sei das Haus auch ein wichtiger Teil der Altersvorsorge, denn sobald es abgezahlt ist, würden die Lebenshaltungskosten um die teuren Faktoren Wohnen, Energie und Kraftstoff entlastet börsennotierte Helma Eigenheim AG mit Sitz in Lehrte im gesamten Bundesgebiet sowie in Luxemburg vertreten wurden 170 Mitarbeiter beschäftigt, mehr als 500 Häuser verkauft und ein Umsatz von mehr als 100 Millionen Euro erreicht. Insgesamt hat das Unternehmen bislang mehr als Häuser gebaut. Bereits seit 2007 hat Helma Sonnenhäuser, also sonnenbeheizte Gebäude mit einer solaren Deckung von mindestens 50 Prozent, im Programm. Die Häuser entpuppten sich als Erfolgsmodell, denn innerhalb von fünf Jahren konnten mehr als 70 verkauft werden. Fast genau so viele Einheiten wurden bislang von den zwei Jahre später entwickelten EcoSolar- Häusern umgesetzt. Sie wurden für Bauherren mit einem etwas schmaleren Geldbeutel konzipiert und erreichen eine solare Deckung von mindestens 30 Prozent. Für die Installation der Solartechnik war die Firma Soli fer zuständig. Deren damaliger Geschäftsführer Timo Leukefeld hatte das Hausbauunternehmen auch im Marketing der Sonnenhäuser unterstützt. Als er seine Idee des energieautarken Hauses vorstellte, musste er daher keine große Überzeugungsarbeit bei der Geschäftsführung leisten. Gerechte Verteilung der Solaranlagen 60 SPEZIALISIERUNG Ökologisches Bauen ARCHITEKTUR UND VERMARKTUNG Die Geschichte von Helma Eigenheimbau beginnt 1980, als Firmengründer Karl-Heinz Maerzke sich mit drei Mitarbeitern in Hannover der Altbausanierung widmet. Erst Mitte der 1980er Jahre steigt er in das stetig wachsende Eigenheimgeschäft ein. Heute ist die seit Wir haben uns um das Haus und die Gebäudehülle gekümmert, beschreibt Michael Oppermann die Aufgaben, die Helma in der Projektgruppe für das energieautarke Haus einnahm. Der Architekt ist seit zwölf Jahren im Unternehmen tätig und verantwortet den gesamten technischen Bereich. Er erläutert, dass zunächst die zur Verfügung stehende Dachfläche verteilt werden musste, die sowohl die Solarthermie für Warmwasserbereitung und Heizung als auch die Photovoltaikanlage für die Stromerzeugung beheimatet. Damit die Solarthermie auch die tiefstehende Wintersonne einfangen kann, wäre ein steiles Dach mit einem Neigungswinkel von 68 angebracht, für die Photovoltaik wiederum ist über das Jahr betrachtet ein flacheres Dach

4 In der Aluminiumkiste links neben dem Haus sind die Akkus untergebracht. sinnvoller. Die Kompromisslösung der Hausbauer bestand schließlich in einer Variante mit zwei Pultdächern und einem Neigungswinkel von 45. Aus baukonstruktiven Gründen wurde die Solarthermie im oberen und die Photovoltaik im unteren Teil angeordnet. Als die Dachfläche ausgerechnet war, mussten wir darunter ein Haus bauen, das heutigen Ansprüchen genügt, beschreibt Innovationsingenieur Nicolas Rudolph die anschließende Herausforderung. Hierzu nennt er die Belichtung der oberen Räume, denn den Einbau von Dachfenstern ließen die auf der Südseite angebrachten Kollektoren nicht zu. Es galt also, einen Grundriss zu finden, der diese Problematik löst, bei der Raumaufteilung aber die Anforderungen einer vierköpfigen Familie erfüllt. Ich denke, das ist uns gut gelungen, sagt Rudolph, der für den Bau des Musterhauses zuständig war. Immens wichtig ist bei einem auf Sparsamkeit angelegten Haus natürlich eine gute Dämmung. Eingesetzt wurde eine 42 Zentimeter dicke monolithische Wand mit einer Perlit-Füllung und einem U-Wert von 0,18 W/ m²k. Damit konnte ein Wert von gut 30 Prozent unter der EnEV 2009, KfW 55 erreicht werden. Auch bei den Fenstern wurden keine halben Sachen gemacht und eine Dreifach-Verglasung inkludiert. Zu guter Letzt mussten auch noch der Langzeitwärmespeicher und die Akkus unterbracht werden. Die Blei-Akkus wurden nach verschiedenen Gedankenspielen neben dem Haus in einer Aluminiumkiste verstaut. Hier sind sie nicht zu warm gelagert, was sich positiv auf ihre Lebensdauer auswirkt. Den neun Kubikmeter großen Wärmespeicher sucht der Besucher des Hauses vergeblich, denn er wurde über beide Etagen hinter einer Halbsteinmauer in der Mitte des Hauses versteckt. Dadurch ist er auch im höchst unwahrscheinlichen Störungsfall relativ leicht zugänglich. Oberstes Gebot ist die Bezahlbarkeit Mit einem Preis von Euro ist das energieautarke Haus mit 162 m 2 Wohnfläche gut Euro teurer als ein vergleichbares Standardhaus. Die Anbieter gehen davon aus, dass sich diese Mehrkosten je nach Energiepreisentwicklung innerhalb von dreizehn bis 17 Jahren amortisiert haben werden. Dass bis- DAS ENERGIEAUTARKE HAUS ZAHLEN UND FAKTEN: Beheizte Wohnfläche: 162 m² Gebäudenutzfläche nach EnEV: 239,60 m² Beheiztes Gebäudevolumen: 748,82 m³ Jahresheizwärmebedarf: 38,77 kwh/m²a Wärmebedarf für Heizung: kwh/a Wärmebedarf für Warmwasser: kwh/a Stromverbrauch: kwh/a Primärenergiebedarf: 5 kwh/m²a (90 % unter EnEV 2009, 80 % unter Passivhaus) Kollektorfläche: 46 m² (dachintegriertes System) Dachneigung: 45 Langzeitwärmespeicher/Schichtspeicher: 9,3 m³ Solare Deckung am Standort Lehrte: 65 % PV Modulfläche: 8,19 kwp (58 m², dachintegriertes System) Erzeugter Solarstrom: ca kwh/a Stromspeicher: 58 kwh Mauerwerk: 42 cm monolithische Ziegelwand ohne zusätzliche Dämmung, Perlitfüllung U Wert: 0,18 W/m²K Kosten: Euro (schlüsselfertig)

5 Prof. Timo Leukefeld Nach einer Lehre als Instandhaltungsmechaniker erlangte Timo Leukefeld an der TU Bergakademie Freiberg den Abschluss als Diplom-Ingenieur im Studiengang Energetik. Dies ergänzte er mit der Ausbildung zum geprüften Solarfachberater gründete er die Solarfachfirma Soli fer, 2011 das Nachfolgeunternehmen Timo Leukefeld Energie verbindet. Er leitet die Projektgruppe Das energieautarke Haus der Helma Eigenheimbau AG. Seit 2011 ist er als Honorarprofessor an der Berufsakademie Sachsen, Staatliche Studienakademie Glauchau, University of Cooperative Education, tätig und hat damit die erste Professur für Solarthermie in den neuen Bundesländern inne. Leukefeld, der sich selbst als Überzeugungstäter bezeichnet, lebt in Freiberg, dem Ort, in dem der Begriff Nachhaltigkeit 1713 von Hans Carl von Carlowitz erstmals verwendet wurde. VIEL ARBEIT FÜR DIE TALIS-LESER Werden Sie selbst in ein energieautarkes Haus ziehen, Herr Prof. Leukefeld? Prof. Leukefeld: Ja, auch ich bin nun Bauherr. Nicht nur ich und meine Familie, sondern auch ein weiterer Mitarbeiter unserer Projektgruppe werden im August dieses Jahres in Freiberg mit dem Bau von zwei energieautarken Häusern beginnen. Die Fertigstellung ist für Dezember geplant. Das verdeutlicht, wie überzeugt wir von dieser Idee sind. Geeignete Grundstücke haben wir bereits gefunden, nun laufen noch Gespräche mit Kooperationspartnern und wir haben einen Förderantrag beim Bundesumweltministerium gestellt. Das heißt, Sie wollen dort nicht nur wohnen, sondern auch Feldforschung betreiben? Prof. Leukefeld: Die Messwerte des Musterhauses in Lehrte sind wissenschaftlich nicht verwertbar, denn es wohnt niemand darin. Das Haus wird zwar beheizt, aber es läuft niemals die Dusche und es wird auch nicht gekocht. Das Umweltministerium hat großes Interesse an verlässlichen Daten und möchte dazu ein Monitoring-Programm finanzieren. Auch die TU Bergakademie Freiberg wird mit im Boot sein und das Projekt drei Jahre lang begleiten. Gibt es Bereiche im Haus, die Sie noch optimieren können? Prof. Leukefeld: Als Forscher sieht man immer Optimierungsmöglichkeiten und es wäre auch ungewöhnlich, wenn der erste Prototyp vollständig zufriedenstellend wäre. Wir haben uns einige Problemstellungen erarbeitet und werden uns mit den Themen Kühlung und Lüftung beschäftigen. Wir wollen beispielsweise Lüftungssysteme testen, die die Wärme aus dem unteren Bereich des Pufferspeichers beziehen. Dies kühlt ihn extrem aus, der Sonnenkollektor schiebt mehr Wärme nach und der Ertrag erhöht sich. Außerdem wollen Kooperationspartner sich und ihre Produkte einbringen, da geht es etwa um den Ziegel- oder den Solarbereich. Ist auch ein zu 100 Prozent autarkes Haus denkbar? Prof. Leukefeld: Was Strom und Wärme angeht, haben wir es bis auf ein, zwei Festmeter Holz, die jährlich zum Heizen benötigt werden, geschafft. Zur vollständigen Eigenständigkeit müssten wir noch die Wasser-Eigenversorgung angehen, also Brunnen-, Regenwasserund Grauwassernutzung. Da das auch für mich völlig neue Fachgebiete sind, ist Grundlagenforschung in einem Expertenteam mit Geologen und Chemikern erforderlich. Wir wollen dieses Thema definitiv angehen, allerdings noch nicht bei den nun entstehenden Häusern, sondern bei Nachfolgeprojekten. Wir sprechen hier über Einfamilienhäuser. Sind energieautarke Häuser auch denkbar, wenn es um mehrere Wohneinheiten geht? Prof. Leukefeld: Im Sonnenhausbereich gibt es inzwischen einige Gebäude mit bis zu 20 Wohneinheiten, die zu 100 Prozent mit Sonnenenergie beheizt werden. Die Dachflächen lassen dabei keinen Raum, um auch noch die Stromseite abzudecken, aber da wird sich im Laufe der Jahre einiges tun. Ich selbst werde mich zukünftig damit beschäftigen, die Konzepte in den Gebäudebestand zu übertragen. Im Neubau kann man praktisch alles richtig machen, die großen Herausforderungen liegen aber im Altbau. Einige unserer Erfahrungen werden wir einfließen lassen können, denn auch im Bestand lassen sich etwa die Waschmaschine oder der Geschirrspüler an das solare Warmwasser anschließen. In anderen Bereichen hingegen werden wir komplettes Neuland betreten. Da wartet viel Forschungsarbeit auf uns und auch für die TALIS-Leser wird noch viel Arbeit übrig bleiben. 62 SPEZIALISIERUNG Ökologisches Bauen lang erst zwei Häuser verkauft worden sind, beunruhigt die Verantwortlichen bei Helma nicht. Denn auch der gegenüber vergleichbaren Häusern niedrige Preis muss von der Zielgruppe, jungen Familien mit Kindern, erst einmal finanziert werden. Darüber hinaus kommen je nach Standort noch beträchtliche Kosten für ein Grundstück hinzu. Das muss zudem noch einige Anforderungen erfüllen, beispielsweise eine Mindestgröße von 500 m 2 haben, verschattungsfrei und nach Süden ausgerichtet sein. Eine Abweichung in Ost-West-Richtung von bis zu 30 ist möglich, wenn die in den Bebauungsplänen vorgegebenen Firstrichtungen aber darüber liegen, ist das Grundstück nicht geeignet, erklärt Oppermann. Nachdem zahlreiche Interessenten das Musterhaus besichtigt haben, rechnet der Technische Leiter noch in diesem Jahr mit weiteren Verkäufen. Darüber hinaus bezeichnet Oppermann das energieautarke Haus als Prestige-Objekt mit Signalwirkung: Wenn Interessenten sehen, dass wir ein solch raffiniertes Projekt umsetzen können, dann müssen wir sie nicht mehr von der Qualität unserer Standard-Häuser überzeugen. (ds)