Houston, we have a problem

Atmungsaktiv

Luft als Alternative zum Dämmen mit WDVS

Mit dem Jahresthema „Kulisse und Substanz“ nimmt der BDA sich 2019 verstärkt den drängenden Fragen rund um den Themencluster Ökologie und Verantwortung an. Dabei steht die Diskussion im Vordergrund, welche Maßnahmen uns substanziell dabei helfen können, die Effekte des Klimawandels zu gestalten, und welche Eingriffe, Postulate oder Moden nur Kulisse bleiben. Bereits vor zehn Jahren haben zahlreiche Verbände – darunter auch der BDA – das Klimamanifest „Vernunft für die Welt“ verfasst und damit auch eine Selbstverpflichtung kundgetan, sich für eine Architektur und Ingenieurbaukunst einzusetzen, „deren besondere Qualität gleichermaßen durch funktionale, ästhetische und ökologische Aspekte bestimmt wird“. Auch der diesjährige BDA-Tag in Halle an der Saale wird sich am 25. Mai dem Thema annehmen und einmal mehr ein ökologisch-gesellschaftliches Umdenken anregen. Wir veröffentlichen an dieser Stelle Texte und Gespräche erneut, die seit der Publikation des Klimamanifests erschienen sind.

Die Wiederholung der Themen ‚Energieeffizienz‘ und ‚Nachhaltigkeit‘ in der architekt mag schon an eine monotone Rezitation erinnern, wenn nicht jedes Mal eine neue Version hinzugefügt würde. Trotz der immer kurioser werdenden Werbung – zuletzt mit der Feststellung, Häuser seien wie Menschen, und Ulrich Wickert, der sich als Dämmexperte outet (1) – ist der Kampf um die Meinungshoheit des Energiesparens noch lange nicht zu Ende. Eine Art Umerziehung in der Wahrnehmung scheint zwar tatsächlich gelungen zu sein – allerdings nur fast gelungen, wenn man den Werbeaufwand der Dämmindustrie mit etwas kritischer Distanz durchschaut hat. Das hat seine Gründe.

Zum einen: Der Bedeutungsgegensatz der beiden Begriffe „gedämmt“ und „ungedämmt“ hat eine neue Dimension erreicht. Gleichzeitig haben sich die Begriffe in einem eigenartigen Paradoxon verfangen, weil sie auch mit der jeweils gegenteiligen Bedeutung verwendet werden. Das hat zum einen damit zu tun, dass die hohl klingende Außenwand nun wohl im Laufe eines geschickt inszenierten Umerziehungsprozesses ein Synonym für Umweltbewusstsein geworden sein soll; dies jedenfalls ist die Suggestion der Werbung. Wer sein Haus dämmt, gehört zu den verantwortungsbewussten Klimaschützern, die Sorge um die Zukunft der Kinder inbegriffen. Dagegen steht: Wer ein ungedämmtes Haus sein eigen nennt, ist ein Energieverschwender. Neben der immer noch ungelösten Frage nach der Lebensdauer der aufgeklebten Dämmverpackung und deren Entsorgung ist die Pflege solcher Systeme nicht ohne Bedeutung. Das Paradoxon offenbart sich bei genauerem Hinsehen in einem ganz anders gearteten Verhalten der Nutzer.

In der bundesweit größten Studie zur Energieeffizienz in Gebäuden (Prof. Dr. Clemens Felsmann, TU Dresden) wird die zunehmende energetische Gebäudequalität immer kritischer angesehen. Die Feststellung, dass in wärmegedämmten Gebäuden Energie verschwendet wird, ist letztlich nicht so neu.

Des Nutzers Neigung, im gedämmten Haus auch den Winter in lockerer Sommerkleidung zu verbringen und auf eine Differenzierung von Raumtemperaturen weitgehend zu verzichten, bewirkt – so das Ergebnis der Studie – einen erhöhten Energieverbrauch. Kurzum: Je besser der energetische Zustand der Gebäudehülle, desto weniger kümmert sich der Bewohner um den sorgfältigen Umgang mit der Wärme. (In der Autoindustrie ist im Bezug auf den Kraftstoffverbrauch ein ähnliches Phänomen festzustellen.)

Zum anderen: Die alternativen Angebote von neu errichteten Bauten haben an Aufmerksamkeit zugenommen. Dietmar Eberle beispielsweise demonstriert mit seinem eigenen Bürohaus klar und einleuchtend, dass ein Haus ganz ohne Heizung nicht zwangsläufig Dämmungen benötigt, schon gar keine aufgeklebten. Dass sein monolithisches Mauerwerk gleich 75 Zentimeter stark sein muss, ist wohl der Tatsache geschuldet, dass das Mauerwerk gleichzeitig speichern und dämmen soll. In diesem scheinbaren Widerspruch spiegelt sich die eigentliche Problematik monolithischer Wandkonstruktionen. Die Ziegelindustrie hat den Wettstreit – hochgradig poröse Ziegelsteine gegen die nachträglich aufgeklebte Dämmung – längst verloren. Indes scheint es einigen langsam ins Bewusstsein zu gelangen, dass der eigentliche Wert gebrannten Tons die Speicherfähigkeit ist, und man zollt mit neuen Forschungen diesem Defizit Tribut.

Die Stadt Wolfsburg verfolgt derzeit im Zuge der Neuentwicklung eines 20 Hektar großen Baugebiets eine andere Strategie. Der städtebauliche Entwurf – Ergebnis eines Wettbewerbs, den das Büro SMAQ Berlin für sich entscheiden konnte – wird energietypologisch bearbeitet, um dann in einem Katalog von Maßnahmen differenzierte Energiekennwerte festzumachen. Dazu gehören unter anderen verschiedenartige Wandaufbauten – monolithische mit unterschiedlichen Stärken und Materialien, aber auch zweischalige Wandaufbauten, die als Luftkollektor-Konstruktionen die Erwärmung der Wand verstärken. Sodann werden die energetischen Kennwerte der unterschiedlichen Varianten über thermodynamische Gebäudesimulationen ermittelt und die Varianten mit entsprechenden gebäudetechnischen Konzepten ergänzt.

Zur Überraschung aller Beteiligten ergeben sich für monolithisches Mauerwerk ohne Dämmungen Heizenergiekennzahlen von circa 30 kWh / m2a, also Kennwerte, die etwa 60 Prozent unter der gültigen ENEV liegen. Diese Kennwerte lassen sich noch weiter bis zu 15 kWh / m2a verbessern, wenn man eine der zweischaligen Bauweisen wählt, die den Solareintrag auf die Wand verstärken – und wenn man dafür sorgt, dass die Lüftungsverluste verringert werden. Diese Konzeptarbeit beweist wieder aufs Neue, dass die durch Solareinstrahlung erwärmte Luft – als Energiefaktor mit den Speichermassen in Verbindung gebracht – nach wie vor ein völlig unterschätztes Potential für klimagerechte Architektur ist, jedenfalls für die Architektur des mitteleuropäischen Klimas. Will man das Prinzip des Frühbeets oder des Treibhauses auf normale Gebäude anwenden, wird man sich einerseits mit anderen Wand- und Dachkonstruktionen beschäftigen müssen, andererseits mit einer anderen Struktur energetischer Berechnungen.

Das Prinzip von Luftkollektoren vor speicherfähigen Wänden oder Dächern ist schnell erklärt. Eine Luftschicht, die mittels transparenten / transluzenten Baustoffen (Glas oder Kunststoffplatten) hergestellt werden kann, sorgt dafür, dass die Energie, die auf die Wand auftrifft, nicht durch die kalte Außenluft abgeführt wird. Dies hat zweierlei Wirkung: eine Erwärmung der Wandoberfläche durch direkten Wärmeeintrag und, bedingt durch den Wärmeübergang von der Wand an die Luft, eine Erwärmung des Luftpolsters, vorausgesetzt, die äußere transparente oder transluzente Schale verfügt über einen guten U- und G-Wert (empfehlenswert mindestens 1,0 W / m2K bzw. 0,6 oder besser). Messungen an ausgeführten Bauten haben ergeben, dass das Luftpolster generell 5 bis 10° wärmer ist als die umgebende Außentemperatur.(2)

Glas, Profilglas und Polycarbonatplatten eignen sich für derlei Wandaufbauten. Die Materialwahl wird über die Baukosten bestimmt; Polycarbonatplatten sind leicht, einfach zu verarbeiten und wirkungsvoll, weil sie gute U-Werte aufweisen, besonders schlagfest und vor allem leicht demontierbar und recycelfähig. Fertig montiert, sind sie gegenüber dem Wärmedämmverbundsystem wirtschaftlich konkurrenzfähig, aber vor allem weitaus wirkungsvoller in der energetischen Ausbeute. Wärmegewinne können von Dämmsystemen egal welcher Art nicht geleistet werden. Für die Dachkonstruktionen gilt Gleiches sinngemäß, hier müssen die Details wegen der Wasserführung entsprechend anders entwickelt werden.

Energetische Strategien
Dass diese Architektur anderen ästhetischen Formeln folgt, dürfte jedem klar sein. Der Internationale Stil hatte die architektonische Welt mit formalen und auch gesellschaftlichen Fragen konfrontiert. Aber der formal reduktionistische Ansatz hatte nie eine besondere Affinität zum klimagerechten Bauen – im Gegenteil, die Bauten des Internationalen Stils sind, bis auf wenige Ausnahmen, klimatisch betrachtet ziemliche Katastrophen. Le Corbusier hat dann mit seinem plan libre die Starrheit der determinierten Räume mit der Trennung von Konstruktion und Hülle propagiert und den offenen Grundriss gefordert. Er hatte zwar erkannt, dass die Häuser, ähnlich einer Lunge, atmen müssten, jedoch es blieb nur Theorie. Die ästhetischen Überhöhungen von Konstruktion und Hülle, von Mies van der Rohe auf die Spitze getrieben, waren – siehe das Farnsworth House – ein klimatisches Debakel und machten die Häuser nur begrenzt bewohnbar.

Nun werden damit die Skeptiker auf den Plan gerufen, die allemal behaupten, dass vor allem im Winter, aber auch in den Übergangszeiten, die Sonne nicht scheine oder nicht genug solare Ausbeute produziere. Dem gegenüber gibt es über zwei Jahre aufgezeichnete Messungen (Monitoring), die belegen, dass auch bei trübem Wetter ausreichende Wärme geerntet werden kann. (3)

Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die Nutzung solar erwärmter Luft in Verbindung mit der richtigen Speicherung immer mehr als äußerst wirkungsvolle energetische Strategie erweist. Das heißt aber auch, dass monolithisches Mauerwerk – wenn das Steinmaterial über eine gute Balance von Speicherung und Dämmung verfügt – im Zusammenhang mit direkter Solarstrahlung eine entsprechende Wirkung hat. Dass dies alles bei der ENEV nicht berücksichtigt wird, hat etwas mit der festgesetzten strukturellen Betrachtungsweise, der Minimierung von Energieverlusten zu tun. Das Beurteilen der Kennwerte ausschließlich aus der Sicht des Ha-Te-Strich-Wertes (HT`) und das alternativlose Festhalten daran haben uns den Blick auf andere Möglichkeiten verstellt.(4)

Die Einseitigkeit dieser Betrachtung muss man beklagen, nicht nur weil jede Alternativlosigkeit wissenschaftlich gesehen Unsinn ist, sondern weil diese Denkweise jeden erweiterten Blick verstellt. Die bisher verbauten 500 Millionen Quadratmeter Dämmungen an Gebäuden sprechen für das alte Prinzip, dass sich Millionen Fliegen nicht irren können; so funktioniert eben Volksverdämmung. Die Klage über die Alternativlosigkeit dieser Methode wird angesichts der fehlenden Lösungen für die alte und ehrwürdige Bausubstanz – nicht nur angesichts einiger Denkmäler – immer größer. Doch gerade hier liegt das eigentliche Potential der anderen Strategien. Denn mit der Strategie der „heißen Luft“ lassen sich die unterschiedlichsten Varianten in der Anwendung entwickeln: Ob die solaren Gewinne im Dach oder auf dem Dach aufliegend, vor einer oder mehreren geeigneten Wänden oder mittels Kastenfenster erzielt werden, ist nicht so entscheidend wie das Verteilen, Speichern und Organisieren dieser Gewinne (Abb.1).

Luftkollektoren auf dem Dach und auf den Außenwänden sammeln und verteilen Wärme. Die Prozessenergien der Nutzung werden zurück in die Luftkollektoren gegeben und stellen mittels Wärmerückgewinnung einen effektiven Kreislauf her (Abb.2).

Statt Innendämmungen aus Calciumsilikatplatten oder teuren Vakuumpackungen sind dünne Schalen für die solar erwärmte Luft einfach zu bewerkstelligen, wenn es gelingt, einen Kreislauf der luftigen Kollektoren mit den Wänden herzustellen. Nun sorgt die warme Luft für das Aufladen der Speichermassen. Probleme mit Feuchte im Zwischenraum kann es nicht geben; sie wird einfach weggelüftet (Abb.3).

Das Prinzip Hydrostatik zeigt, umgedacht auf Energie mit den kommunizierenden Röhren, wie energetisch wirksame Bauten mit Altbauten zu deren Nutzen verbunden werden können (Abb.4).

Luftkollektoren können auch in den Innenraum gestellt werden, wenn die Öffnungen für die Solareinträge groß genug sind. Diese Methode birgt für die energetische Optimierung von Kirchenbauten vielfältige Potentiale (Abb.5).

Den Rasterfassaden des Funktionalismus der sechziger und siebziger Jahre kann man mit Kastenfenstern begegnen, die, richtig eingesetzt und mit einfachen Lüftungsgeräten ausgestattet, zu aktiven Luftkollektoren werden, die den Energieverbrauch weit mehr mindern als jedwede Dämmtechnologie (Abb.6).

Diese Konzepte sind rundum auch Beiträge zum ökologischen Umgang mit Rohstoffen (Suffizienz). In einer vergleichenden Life-Cycle-Betrachtung – Wärmedämmverbundsystem / Luftkollektorsystem aus Polycarbonatplatten – kann man feststellen, dass wegen der einfachen Demontierbarkeit und Recycelfähigkeit der Kunststoffelemente sowie der beschriebenen thermischen Fähigkeiten der Kollektoren dieses System ausschlaggebend effizienter und ökologischer ist.

Gesundes Atmen

Bei all den Überlegungen blieb bislang unberücksichtigt, dass die aufgeklebte Dämmung der Wand die Diffusionsfähigkeit raubt. Mit dem Begriff der „atmenden“ Wand wurde zwar längst aufgeräumt. Doch unbestritten ist die Qualität der diffusionsoffenen Wand, deren Feuchtegleichgewicht je nach Standort eingesetzt werden kann. Eine Außenwand steht immer in einem Feuchtegleichgewicht mit der Raumluft und der Außenluft. Landauf, landab hat das Dämmen und Dichten zu einer Bauweise geführt, die aus Betonwänden besteht, um darauf notgedrungen eine Dämmung aufzubringen.

Mauerwerkskonstruktionen, ob Ziegel oder Leichtbeton, sind dampfdiffusionsoffen; gerade da verhindert jegliche (unnötige) weitere Dämmung die Diffusionsfähigkeit. Bei Konstruktionen mit der dampfdiffusionsdichten Betonwand spielt letztlich die Art des Dämmmaterials keine Rolle mehr. Die Methode, das gesunde Raumklima mittels technisch geregelter Dosierung einzurichten, ist nichts anderes als der Versuch, die Probleme der diffusionsdichten Wand mit anderen Mitteln zu lösen. In energieeffizienten Gebäuden mit diffusionsoffenen Pufferzonen und gut gewählten Speichermassen ist das gesunde Atmen im Hause atmosphärisch spürbar. Die alchemistische Schnittstelle von Atmosphäre, guter Stimmung und freier Atmung ist nicht nur eine Frage der architektonischen Qualität von Licht, Proportion und Raumfügung, sondern auch abhängig von der durchdrungenen Materialqualität. Man kann es auch nüchtern medizinisch betrachten, denn: Es besteht eine Abhängigkeit zwischen der Atmung und der Funktion zahlreicher Körperorgane. Die zentral-nervöse Organmotorik, vor allem die Atemwegs-Motorik, wirkt auf das Großhirn und die Bewusstseinsvorgänge des Menschen und beeinflusst damit weitgehend sein Empfindungs- und Gefühlsleben.

Ökonomisch gesehen stehen gedämmte Außenwandkonstruktionen keineswegs günstiger da als das monolithische Mauerwerk. Vergleicht man die Life-Cycle-Analyse, ist die Beton-plus-Dämmung-Variante auf jeden Fall ungünstiger. Kalkuliert man die Bewältigung der Transmissionsverluste hinzu, die bei den gedämmten Varianten immer mit zentralen Installationen ausgeführt werden müssen, sind die einfachen dezentralen Systeme in der monolithischen Wand ebenfalls ökonomischer. Im Zweifelsfall gilt auch hier: Das einfachste Prinzip zur Lüftung ist immer noch das Öffnen des Fensters.

Der Schlüssel zu alldem liegt einzig und allein im Standpunkt der Betrachtung. Die zurzeit vorgeschriebene Ausschließlichkeit der Berechnungen – in der ENEV festgelegt – auf das Minimieren von Energieverlusten (von innen nach außen) versperrt die Sicht auf das Gewinnen von Energien (von außen nach innen). Es hilft nichts: Die solaren Gewinne ausschließlich über die ohnehin vorhandenen Fenster anzusetzen, ist unzureichend. Basisannahmen sind die Grundlagen aller philosophischen Überlegungen. Zur Kausalität aller energetischen Kalkulationen gehören nun mal die solaren Energien. Deren jetzige Handhabung geht an der Wirklichkeit vorbei. Die Frage des Standpunkts – eine Sicht von außen –, das Querdenken und Hinterfragen eines Problems, gehörte schon immer zur political correctness gegenüber anderen Meinungen oder Minderheiten.

Als zuverlässiges Planungsinstrument hat sich die thermodynamische Gebäudesimulation erwiesen. Dieses Verfahren bietet die wirksamste Möglichkeit zur Bewertung der Optimierungen im Planungsprozess. Außerdem ist sie für die ersten Betriebsjahre die bestmögliche Grundlage, um nach der Inbetriebnahme die tatsächlich erreichte und gemessene Effizienz zu überprüfen (Performance Measurement). Die Berechnungsverfahren nach DIN 18599 sind diesen Instrumenten in der Regel unterlegen – aber sie sind notwendig für die Erfüllung der ENEV.

Thermodynamische Simulationen sind komplexer, deren Handhabung ist aufwendiger. Der Architekturentwurf muss nicht nur darauf reagieren, er muss sich aus dem System heraus entwickeln. Bei der Simulation von bestehenden Bauten ist es unabdingbar, dass alle Daten der vorhandenen Bausubstanz einer gründlichen Analyse unterzogen werden.
Die alternative Art energetischer Bilanzierung hat offensichtlich auch das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) erkannt und der Universität Kaiserslautern (Fachgebiet Hauskybernetik, Jun. Prof. Angèle Tersluisen) einen Forschungsauftrag mit dem Titel „Untersuchung zur rechnerischen Bilanzierung solarer Luftheizsysteme und -konstruktionen“ erteilt. Dieser Forschungsauftrag ist der Einsicht geschuldet, dass die Bilanzierung von Luftkollektoren und Energiegärten bislang zu schwierig und zu umständlich ist und ein einfacheres Verfahren gefunden werden muss.

Es besteht also berechtigte Aussicht, dass die angeblich alternativlose Dämmmethode eine ernsthafte Konkurrenz erhält. „Mit der zunehmenden Einsicht des Menschen in seine eigene Natur wächst auch seine Freiheit, neue Welten zu erfahren, zu konstruieren und zu erkunden. Diese Einsicht lässt gleichzeitig Verantwortung für diese seine Welt und für seinen Ort in ihr deutlich werden.“(5)

Diese Erkenntnis des Kybernetikers Heinz von Förster soll hier einem Hinweis dienen, dass die Skeptiker der Systeme mit der heißen Luft erfahren müssen, dass das Dämmmaterial aus extrudiertem Polystyrol zu 98 Prozent aus Luft besteht. Der Unterschied liegt allerdings darin, dass der Einfluss der Sonnenstrahlen auf diese Luft ausgeschlossen ist.

Prof. Dipl.-Ing. Günter Pfeifer (*1943) ist freier Architekt BDA in Freiburg. Bis zu seiner Emeritierung im Sommer 2012 hatte er an der TU Darmstadt den Lehrstuhl für Entwerfen und Wohnungsbau inne. Seit Sommer 2011 betreibt Günter Pfeifer mit Prof. Dr. Annette Rudolph-Cleff die Fondation Kybernetik – ein Praxislabor der TU Darmstadt und Pool für Nachhaltigkeitsforschung. Günter Pfeifer ist Mitglied des Redaktionsbeirats dieser Zeitschrift.

Anmerkungen
1 Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, Nr. 29, 2014 – Angriff der Umerzieher.
2 Haus in Heroldsberg – Architektur in Deutschland 2013, Berlin 2013 / Punkthaus Mannheim – auf den Punkt…, Freiburg 2014.
3 Angèle Tersluisen: Konzept zur Planung und Bewertung wärmeenergiegewinnender, energetisch dynamischer Bauteil- und Raumstrukturen im Wohnungsbau, Freiburg 2012.
4 siehe dazu: der architekt 5 / 12, sparen oder gewinnen?
5 Heinz von Förster: Wissen und Gewissen, Frankfurt am Main 1993.

Dieser Artikel wurde zum ersten Mal in der architekt 5/2014 zum Thema „alles heiße Luft? Dichtung und Lüftung, Atmung und Leib“ veröffentlicht.