Energieeffizienz erreicht Bauchemie

Noch nie hat sich ein so heterogenes Gefüge wie die Baubranche so sehr mit energiesparendem Bauen beschäftigt, wie in diesem Jahr auf der BAU in München. Zahlreiche periphere Veranstaltungen und Sonderschauen zum Thema energieeffizientes Bauen lockten Besucher en masse in die bayerische Metropole. Besonders gefragt waren die Sonderveranstaltungen, wie ClimaDesign meets Visions of Glass , Solarhorizonte oder San-Re-Mo - Sanierung, Renovierung, Modernisierung, bei denen Exponate und Vorträge in unmittelbarer Nähe zueinander vorgestellt wurden. Großes Interesse fand auch der zweitägige Kongress der Deutschen Energie-Agentur (dena) im Auftrag des Deutschen Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Energie­effizienz bauen! .

Während die Praxis noch mit der Umsetzung der Energiesparverordnung 2002 kämpft und Untersuchungen zufolge im Vorzeigeland Baden-Württemberg beispielsweise enorme Defizite bei der EnEV-gerechten Sanierung von Bestandsgebäu­den vorhanden sind [vgl. TGA2-2007, Seite 31], präsentierte die Baustoffindustrie in München Produkte, Systeme und Konzepte mit noch höherem Wärmedämmstandard als die EnEV fordert. Besonders deutlich wurden von den Ausstellern wärmebrückenfreie Lösungen hervorgehoben, ein Bereich, der von den baubeteiligten Gewerken bislang nur unzureichend beherrscht wird. Viele Anbieter von Bauteilen und Baustoffen gehen deshalb dazu über, Gesamtlösungen anzubieten, beispielsweise für den Einbau von Fenstern, für Dachgauben und für erdreichberührte Außenwände.

Allgemein scheinen die Anbieter von energiesparenden Baustoffen und Baukonzepten weit mehr an energieeffizienten Bau-, Ausbau- und Gebäudetechnikkonzepten zu bieten als Bauherren, Architekten und die beteiligten Fachfirmen bereit sind, in die Praxis umzusetzen. Kritische Stimmen warnen deshalb vor zu viel Vertrauen in die Selbstkontrolle der Baubeteiligten und fordern eine ­Anhebung der Dämmstandards über die gültige EnEV hinaus.

Megatrend Solartechnik

Noch nie zuvor in der Historie der BAU war der Trend zum solaren Bauen so eindeutig wie in diesem Jahr. Fast alle Systemanbieter von Fassaden, Dächern und Fenstern zeigten Lösungen, wie man die an der Gebäudehülle befestigten PV-Module und Sonnenkollektoren zu Funktions- und Systemmodulen zusammenfasst.

Wenn es nach den Prognosen des Bundes­verbands Solarwirtschaft (BSW) geht, wird im Jahr 2030 das 100 % solar beheizte Haus nicht nur möglich sein, sondern als allgemeiner Baustandard gelten. Solche Häuser unterscheiden sich von unseren heutigen lt. BSW durch die ­Integration von PV-Modulen und solarthermischen Kollektoren in Dachflächen und Fassaden. Um den Komfort zu sichern, würden aber auch noch aktive Heiz- und Kühlsysteme benötigt. Bis dahin müsste die Entwicklung solarer Kühlgeräte so weit gediehen sein, dass sie sich einfach, da kompakt, in die Haustechnik integrieren lassen, so der Verband. Wichtig sei die Entwicklung platz­sparender Langzeitspeicher, um auch längere Schlechtwetterperioden überbrücken zu können. Hier dürften in erster Linie Latentspeichermate­rialien zum Einsatz kommen, die bei gleichem ­Volumen gegenüber Wasser mindestens die doppelte Speicherkapazität aufweisen. Thermochemische Speichertechnologien sollen sogar eine bis zu achtfache Energiedichte gegenüber flüssigem Wasser erreichen.

Voraussetzung für die solare Vollbeheizung ist neben einem sehr guten Wärmedämmstandard auch die Fähigkeit, solche Gebäude bauphysikalisch zu beherrschen. Neben wärmebrückenfreien Konstruktionen wird die subjektive Behaglichkeit dieser Gebäude künftig die ausschlaggebende Rolle bei der Akzeptanz durch deren Bewohner spielen.

Ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum solaren Bauen ist nach Auffassung des BSW die Einführung des Energieausweises, da dann die Chancen für gebäudeintegrierte Solarsysteme bedeutend steigen. Weitere Impulse erhofft sich die Branche durch ein so genanntes Regeneratives Wärmegesetz , das noch in diesem Jahr konkretisiert werden könnte.

Unabhängig(er) von Gas und Öl

Die aktivsolare Sanierung wird zur kostengünstigsten Sanierungsart . Mit dieser etwas kühnen Vision will der BSW bis 2030 auch die ­Bestandsgebäude von der Öl- und Gasversorgung weitgehend unabhängig machen. Mehr als 70% könnten solarthermische Systeme zur Wärme­versorgung beitragen, so der BSW. Der Rest­wärmebedarf könnte dann mit Holzpellets, regenerativ erzeugtem Wärmepumpenstrom oder über Nahwärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung ab­gedeckt werden.

Allerdings reichen bei dieser Art von Sanierung extern auf dem Dach und an der Gebäudehülle angebrachte Solarmodule bzw. -kollektoren nicht mehr aus. Besser seien Multifunktionsmodule aus hocheffizienter Wärmedämmung und Sonnenkollektoren bzw. die Kombination von solaren Wärme- und Strommodulen. Um das Ziel von 70 % solarer Deckungsrate zu erreichen, seien auch saisonale Speicher notwendig. Solare Kühlung könnte dann auch im Gebäudebestand eine größere Rolle spielen, wohl auch unter dem Aspekt, die zweifellos vorhandenen solaren thermischen Überschüsse im Sommer sinnvoll zu nutzen.

Alles in allem könnte nach BSW-Schätzungen durch in die Gebäudehülle integrierte PV-Anlagen rund ein Viertel des deutschen Strombedarfs gedeckt werden. Im Mix mit anderen erneuerbaren Energien würde sogar eine Vollversorgung mit heimisch verfügbaren erneuerbaren Energien möglich sein. Hohe Erwartungen werden dabei in die Dünnschicht-Solarmodule (CIS) gesetzt, die sich weitaus preisgünstiger herstellen ließen. Derzeit seien allein in Deutschland zehn Produktionsstätten für Dünnschichtzellen im Aufbau.

Entwickele sich diese Technologie so weiter, könnte Solarstrom ab dem Jahr 2018 billiger sein als der heutige Endkundenpreis für konventionell erzeugten Strom, so Gerhard Stryi-Hipp, Geschäftsführer BSW. Bei den Prognosen beruft sich der BSW hauptsächlich auf die aktuelle Studie zur Solartechnik des Schweizer Bankhauses Sarasin, welches das globale Wachstum der Solarbranche bis zum Jahr 2010 auf bis zu 30 % pro Jahr und von 2011 bis 2020 auf jährlich etwa 20 % einstuft.

Portal wirbt für solare Architektur

Ein wesentlicher Schritt zum energieautarken Gebäude ist laut BSW die Abkehr von extern angebrachten Dach- und Wandelementen hin zu Solarsystemen, die sich vollständig in die Außenhülle eines Gebäudes oder eines Wohnhauses integrieren. Um den Schritt zur Solararchitektur zu beschleunigen und auch um Investoren und Architekten anhand von anspruchsvollen Beispielen zu überzeugen, hat der BSW eigens das Internetportal https://www.solarwirtschaft.de/fuer-verbraucher/ eingerichtet. Ziel seien solarintegrierte Bauweisen mittels multifunktionaler Elemente, die möglichst mehr Energie gewinnen als im Gebäude tatsächlich verbraucht werde.

Hintergrund: Bisher wurden Energiespargebäude meist konventionell geplant und dann die Solarmodule auf dem Dach und an der Wand befestigt - Lösungen, die nicht immer den Beifall von Architekten und Bauherren fanden. Auch die anfangs als fortschrittlich angesehenen siliziumblauen-PV-Fassaden gelten inzwischen nur noch als Übergangslösung auf dem Weg zu Konzeptfassaden, deren Multifunktionen von außen und innen möglichst nicht sichtbar sind. Besonders gefragt seien transparente PV-Fassaden, die den Blick nach draußen nicht oder nur in geringem Maße einschränken.

Wie eine solche Energiefassade aussehen könnte, zeigte Schüco auf der BAU in München mit der E2-Fassade. Erstmals ist es hier gelungen, ­unterschiedliche Funktionen wie Lüftung, Heizung, Klimatisierung, Öffnungselemente, Sonnenschutz und solare Energiegewinnung auf ästhetische, wirtschaftliche und umweltschonende Weise zu einem modular aufgebauten Gesamtsystem zu verbinden. Federführend bei dieser Entwicklung waren nicht nur energetische Gesichtspunkte, sondern in erster Linie Architektur und Ästhetik. So nehmen die Fassadenprofile sämtliche Leitungen, Verkabelungen sowie die Bedienelemente auf. Wie bereits in früheren Jahren verfolgt Schüco das Konzept der dezentralen Anlagentechnik, ­wobei die Technikfunktionen nunmehr im unsichtbaren Bereich der Geschossübergänge ­angeordnet sind.

Dadurch seien die bei Architekten beliebten geschosshohen Verglasungen problemlos realisierbar, so Schüco. So ermögliche das E2-Fassadenkonzept erstmals eine echte Solarfassade ohne die Nachteile opaker Fassadenteile. Zum Einsatz kommen neue transluzente Flachkollektoren, bestehend aus perforierten Absorbern, die zwischen einer ESG-Scheibe (außen) und einer Isolierglaseinheit (innen) in die Fassade integriert werden. Mit den perforierten Absorbern soll der für das Wohlbefinden wichtige Tageslichteintrag und Außenbezug und gleichzeitig auch eine unauffällige solare Energiegewinnung möglich sein. Durch die Kombination von thermischen und solarelektrischen Modulen werde so ein Gebäude zum eigenen Kraftwerk, so Schüco.

Vakuumdämmung und PCM

Neben stetig verbesserten U-Werten von Baustoffen sowie energieoptimierten Fenster- und Fassadenkonstruktionen sind es neue Materialien, die solares Bauen und aktivsolare Sanierungen künftig vereinfachen. Variotec aus Neumarkt/Oberpfalz, stellte erstmals auf der BAU einen ganzen Katalog an Vakuum-Isolations-Panelen (VIP) vor. Mit Lambda-Werten von 0,004 W/(m K) sei damit der Weg frei für Nullenergiehäuser, zumal damit bei Bauteildicken von 4 bis 20 cm U-Werte von 0,26 W/(m²K) erreicht werden könnten. Um das sensible Material besser handhabbar zu machen, werden die VIP-Elemente durch MDF-Deckschichten oder PUR-Platten geschützt.

Für Neubauten und Sanierungen hat das Unternehmen inzwischen ein ganzes Sortiment an so genannten Wärmebrückenkillern entwickelt, die von vorgefertigten VIP-gedämmten Dachgauben bis zu Wand-, Decken- und Dachmodulen reichen. VIP-gedämmte Fertigbetonwände sind heute ebenso möglich wie VIP-Einsätze, um bestehende Rollladenkästen nachzudämmen. Ob solche hochwärmegedämmten Baukonstruktionen aus VIP-Elementen praxistauglich sind und ein angenehmes Innenraumklima schaffen, muss die Praxis aber noch zeigen.

Auch wenn die breite Anwendung von energiesparenden Phasenwechselmaterialien (PCM) noch auf sich warten lässt, so signalisieren Neuvorstellungen und Ergebnisse aus Feldtests, dass die Entwicklung weitergeht. Nach ersten Versuchen mit einem Salzhydrat in Beutelform (Delta Cool 24) zur Speicherauflage auf Kühldecken oder zur Dämpfung der Deckentemperaturen in Baucon­tainern hat der Baustoffhersteller Dörken, Her­decke, zusammen mit der GlassX AG, Zürich, unter der Bezeichnung Delta Cool 28 ein Multifunktionsmodul entwickelt, das Wärmedämmung, Überhitzungsschutz, Energieumwandlung und thermische Speicherung miteinander verbindet.

Das in Polycarbonatelementen hermetisch eingeschweißte Salzhydrat beginnt bei 26 °C zu schmelzen und stabilisiert durch den Phasenübergang von fest zu flüssig die Raumtemperatur, so lange bis das Salzhydrat vollständig geschmolzen ist. Zwischen 26 °C und 30 °C nimmt das Latentspeichermaterial pro m²rund 1,2 kWh thermische Energie auf und gibt sie zeitverzögert wieder ab. Glass X hat dieses Latentspeichermodul in ein dreifach verglastes Bauelement integriert, das einen U-Wert von unter 0,5 W/(m²K) aufweist. Durch ein vorgelagertes Prismenglas wird die hoch stehende Sonne reflektiert, während die niedriger als 40° über dem Horizont stehende Sonne (Winterfall) durchgelassen wird. Eine nur 2 cm dicke PCM-Schicht könne etwa so viel Energie speichern wie eine 24 cm dicke Betonwand, so Dörken.

Gipsbauplatte mit Latentspeicher

Ein Phasenwechselmaterial auf Wachsbasis wird inzwischen unter dem Handelsnamen Micronal von der BASF an ausgesuchte Weiterverarbeiter geliefert. Die mikrogekapselten Wachströpfchen von 2 bis 20 µm Durchmesser sollen eine Wärmespeicherkapazität von 110 kJ/kg dauerhaft gewährleisten. Die in wässriger Emulsion und als Pulvervariante angebotenen Kapseln gibt es für die Schmelztemperaturen 23 °C (Kühlung) und 26 °C (Energiespeicherung). Micronal-PCM-Kapseln sind mittlerweile in folgenden Produkten zu finden:

• Micronal PCM Smartboard Gipsbauplatte von BASF für Leichtbauwände mit erweiterter Speicherwirkung (Schalttemperatur 23 bzw. 26 °C)

• Gips-Maschinenputz maxit 26 mit Phasenwechselmaterial zur Herstellung eines einlagigen Innenputzes mit temperaturregulierender Wirkung zwischen 23 und 26 °C

• Porenbeton mit integriertem PCM-Wärmespeicher Micronal, Fabrikat H+H Celcon, Wittenborn. Auch hier wirkt der PCM-Zuschlagsstoff temperaturdämpfend, da die Speicherwirkung von Porenbeton verbessert wird

• Kühldecken und Kühlsegel mit Micronal PCM-Gipsbauplatten von Ilkazell, Zwickau. Mit der PCM-Platte kann die Speicherwirkung gegenüber einer normalen Gipskartonplatte von etwa 0,85 auf 1,20 kJ/(kg K) angehoben werden. Durch die Schalttemperatur¹von 23 °C lässt sich die Kühldecke während der Nacht durch Free-Cooling-Einrichtungen mit Kälte beladen.

Auch vom herkömmlichen Wärmedämm-Verbundsystem auf der Basis von expandierbarem Polystyrol (EPS) - seit rund 50 Jahren auf dem Markt - gibt es jetzt von BASF eine Hightech-Variante. Durch die Einlagerung von Infrarotabsorbern und -reflektoren in das EPS-Material konnte die Dämmwirkung des nunmehr silbergrauen Materials mit dem Namen Neopor laut Anbieter mehr als verdoppelt werden. Empfohlen wird die Hightech-Dämmung insbesondere für die Altbausanierung und für Innendämmungen, wenn wenig Platz vorhanden ist.

Farben und Lacke mit Zusatzfunktionen

Noch eher am Anfang einer Entwicklung stehen Farben und Lacke, die das Wohnklima verbessern, Schimmelbildung unterdrücken und den Ener­gieverbrauch mindern sollen. Zunächst noch als Humbug abgetan, entwickeln die Bereiche Bauchemie sowie Farben und Lacke immer mehr Produkte, die passiv in das Wohnklima eingreifen. Neben den genannten PCM-Materialien zur Dämpfung sommerlicher Temperaturen sind es Innenfarben mit katalytischer Wirkung, die organische Verbindungen, also Schadstoffe und Gerüche, zu Kohlendioxid und Wasser abbauen.

Tummelten sich hier früher eher unbekannte Kleinfirmen mit oftmals umstrittenen Rezepturen gegen kalte Wände, Gerüche und Schimmel, so sind es heute renommierte Hersteller, wie beispielsweise die Sto AG, die Luftverbesserungsfarben anbieten. Remmers Baustofftechnik, Löningen, sagt mit Nanotechnologie und Silberionen Pilzsporen und Bakterien in falsch sanierten und falsch belüfteten Häusern den Kampf an. Thermoshield, Berlin, setzt auf Raumfahrttechnologie: In die Wandfarbe eingegebene vakuumisierte Keramikhohlkörper sollen Innenräume im Sommer trocknen und im Winter mittels Kachelofeneffekt zur Temperaturerhöhung im Raum beitragen. Andere Thermoshield-Rezepturen - als Außenfarbe aufgetragen - sollen bis zu 20 % Energie einsparen, wohlgemerkt, durch reinen Farbanstrich.

Ob solche Angaben seriös sind und von einzelnen offensichtlich erfolgreichen Projekten allgemeine Rückschlüsse abzuleiten sind, sei dahingestellt. Sicher ist: Intelligente Oberflächen sind im Kommen, ob mit oder ohne Nanotechnologie. Selbst an Lacken und Farben, die Teile des ­Sonnenlichts in Energie umwandeln, wird heute gearbeitet. Wolfgang Schmid,

Freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München

¹⁾Unter Schalttemperatur versteht man die Temperatur, ab der sich das Wachs verflüssigt (Schmelzpunkt). Während des Schmelzvorgangs wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen, ohne dass die Raumtemperatur weiter ansteigt (latente Wärme). Erst wenn das Wachs vollständig geschmolzen ist, steigt die ­Temperatur im Raum weiter an.