Ein Interview mit Volkmar Bleicher, Transsolar

Wir müssen viele werden

Als „KlimaEngineering“ verstehen die Ingenieurinnen und Ingenieure des 1992 gegründeten Stuttgarter Büros Transsolar ihre Arbeit. Der Begriff bezeichnet die „Nutzung klimatischer und topografischer Standortfaktoren für passive und aktive Strategien und maximalen Nutzerkomfort“. Was das in der Praxis für Architektur und Städtebau bedeutet, welche Rolle die thermische Simulation dabei spielt und wie sich die Erwartungshaltung der Nutzenden verändern muss, erläutert Volkmar Bleicher, Partner und Geschäftsführer bei Transsolar / Transplan und Professor für KlimaEngineering an der Hochschule für Technik Stuttgart, im Gespräch mit Maximilian Liesner, Redakteur von Die Architekt.

Angesichts des Klimawandels kommen passive Bauweisen momentan wieder im Mainstream an, nachdem sie zwischenzeitlich von technischen Lösungen fast vollständig verdrängt wurden. Wie blicken Sie auf die Geschichte?
Die passive Bauweise ist so alt wie die Menschheit. In Persien beispielsweise stehen sehr alte Gebäude, deren Temperatur über thermische Massen oder Windfänger reguliert wird. Ein Windfänger ist ein Turm, in dem die Luft über Öffnungen und durch den Winddruck nach unten gedrückt wird, wo Wasserflächen sie kühlen. Oder denken Sie an Solarkamine, über die mithilfe des natürlichen Auftriebs kühle Luft, beispielsweise aus Erdkanälen, nachgezogen und die verbrauchte nach oben verdrängt wird. Diesen traditionellen Lösungen haben die technischen Möglichkeiten der Moderne und der Fortschrittsglaube ein abruptes Ende bereitet. Die Folge war ein hoher Energieverbrauch. Anfang der 1970er-Jahre führte die erste Ölkrise zu einem Nachdenken. Also haben Pionierinnen und Pioniere – damals galten sie als exotisch – alternative Konzepte auf Basis des traditionellen Bauens entwickelt. Diese Entwicklung ist dann aber wieder abgeflacht, weil die Ansprüche immer stärker stiegen und der technische Fortschritt vieles vorerst kompensieren konnte. Das bedeutete aber insbesondere die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und Kernenergie, die uns am Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart Anfang der 1990er-Jahre zur Forschung an der Solarenergie motiviert hat.

Aus dieser Gruppe entstand das Büro Transsolar…
Der entscheidende Schritt war eine Software zur thermischen Simulation, die wir zusammen mit der Universität Wisconsin entwickelt hatten und auch weiterhin entwickeln. Damit konnte man erstmals Berechnungen in der Planungsphase anstellen, anstatt nur auszuprobieren. Besonders Architektinnen und Architekten sind daraufhin zu uns gekommen. Die Architektur dieser Jahre tendierte zu verglasten Gebäuden, die für Transparenz eines Unternehmens oder der Gesellschaft stehen sollten. Mit unserer Software konnten wir dann die Vor- und Nachteile der Energiekonzepte und Entwürfe bewerten und optimieren.

Welche Rolle spielt das Glas für passive Energieplanungen? Einerseits ist es der Garant für solare Einträge, andererseits kann es zu Überhitzung führen.
Es kommt darauf an, die Wärme so zu speichern, dass sie zeitversetzt wieder abgegeben wird. Wenn am Tag die Sonne scheint, braucht es ein Material, das die Wärme aufnimmt, lange speichert und, sobald notwendig, wieder abgibt. Dabei spielen Wände und Decken als Speichermasse eine große Rolle. Das heißt, diese thermische Masse in Kombination mit Glas ist eine interessante Lösung.

Wie lässt sich solch ein Prozess nun mit der bereits angesprochenen Software simulieren?
Zuerst einmal liegt die Qualität nicht in der Simulation an sich, sondern im richtigen Denkansatz. Als wir vor 30 Jahren angefangen haben, hat eine einfache thermische Simulation, die heute wenige Sekunden dauert, noch eine Woche gebraucht. Das heißt, wir mussten uns genau überlegen, was wir simulieren. Außerdem braucht es zu Beginn der Planungen nicht die bis zum letzten Detail ausgearbeitete Simulation, sondern Grundsatzentscheidungen. Die sollten auch Architektinnen und Architekten treffen können. Die Simulation bietet dann die Möglichkeit, Entscheidungen zu bewerten. Wenn der Entwurf gut ist, zeigt die Simulation, dass der energetische Komfort nicht zwangsläufig sinken muss, auch wenn weniger Gebäudetechnik eingesetzt wird. Ziel muss sein, möglichst einfach und mit möglichst wenig Technik zu bauen. Natürlich gibt es Projekte, die doch Technik erfordern – auch hier ermöglicht die Simulation, eine bewusste Entscheidung zu treffen.

Welche Kriterien legen Sie an, um zwischen verschiedenen Mengen an Technik zu unterscheiden? Wie kompromissfähig ist Ihr Ansatz?
Momentan erscheint es zeitgemäß, vollständig passive Lowtech-Gebäude zu bauen, die gar keine Heizung und mechanische Lüftung mehr haben. Das funktioniert bis zu einem gewissen Maße mit thermischer Masse, entsprechender Adaption der Kleidung und dem Öffnen und Schließen der Fenster, aber bei extremen äußeren Bedingungen wird es nur sehr eingeschränkt funktionieren. Dann bleibt das Fenster zu und die Luftqualität wird entsprechend schlecht. Im eigenen Gebäude kann man das im Fall der Fälle noch akzeptieren – nicht aber unbedingt in einem Gebäude, in dem andere Leute arbeiten oder wohnen. Dort kann die Lösung sein, ein Atrium anzulegen und die Frischluft – vorgewärmt zum Beispiel in einem Erdkanal – mit einem ganz einfachen Lüfter mechanisch dorthin zu leiten. Gelüftet werden die einzelnen Räume dann nicht mehr von außen, sondern durch das Zwischenklima im Innenhof. Dieses Konzept haben wir zum Beispiel schon 1995 bei einem unserer ersten Projekte, der Datagroup in Pliezhausen, umgesetzt.

Wie gewichten Sie bei einer Planungsentscheidung Ihre gesammelten Erfahrungen im Verhältnis zu den Simulationsergebnissen, die Sie schwarz auf weiß erhalten?
Was schwarz auf weiß steht, muss nicht richtig sein. Eine unserer Kernkompetenzen als Ingenieurinnen und Ingenieure muss sein, immer zu hinterfragen, ob das, was wir da rechnen, überhaupt stimmen kann – und das hat wiederum viel mit Erfahrung zu tun. Natürlich weiß ich aus Erfahrung schon bestimmte Dinge und brauche sie nicht mehr zu simulieren. Aber wenn es zum Beispiel bei einem Solarkamin darum geht, wie groß der Druck an den Öffnungen sein muss, damit er funktioniert, dann muss das jedes Mal für den speziellen Fall simuliert werden.

Inwieweit helfen Simulationen auch beim Umbau des Bestands, dessen Datenlage zunächst noch wenig bekannt ist?
Man muss den Bestand, beispielsweise das Mauerwerk, schon einigermaßen kennen, um es in der Simulation richtig abbilden zu können. Wenn die Werte nicht ganz eindeutig sind, ist aber auch die Angabe einer gewissen Streuung möglich. Eigentlich eignet sich die Simulation für Sanierungen ganz besonders, wenn es darum geht, die historische Substanz zu erhalten. Im Fall von Denkmalschutz ist es ja häufig auch nicht erlaubt beziehungsweise architektonisch nicht zu vertreten, Dämmung aufzubringen. Dann suchen wir mithilfe der Simulation andere Wege, das Gebäude bauphysikalisch so zu ertüchtigen, dass es erhalten bleiben kann.

Wie sieht aus Ihrer Sicht die ideale Zusammenarbeit mit dem Architekturbüro aus? An welchem Punkt werden Sie bestenfalls eingebunden?
Es muss ganz vorne losgehen, schon im Wettbewerb oder Vorentwurf. Immer wieder werden wir erst nach der Entwurfsplanung hinzugezogen, weil bislang so viel Technik eingeplant sei. Da müssen wir ganz klar sagen, dass es eigentlich zu spät ist. Es gibt anscheinend teilweise noch Skepsis und Missverständnisse bei den Architekturschaffenden, die glauben, dass wir ihnen Vorgaben machen, die sie in ihrer architektonischen Vielfalt und Entwicklung behindern. Dabei ist genau das Gegenteil der Fall. Die eigentlichen Einschränkungen liegen in Vorgaben wie Dämmstärken, U-Werten und dergleichen. Passive Strategien erlauben stattdessen, diesen Weg zu verlassen und wieder Freiheiten zu gewinnen. Wir arbeiten ja mit vielen wirklich hochrangigen Architektinnen und Architekten zusammen, die nicht in erster Linie zu uns kommen, um Energie zu sparen, sondern weil sie ihre Architektur so umsetzen wollen, dass sie funktioniert.

Einer Ihrer persönlichen Schwerpunkte ist der Nutzungskomfort. Die heute weltweit gültigen Komfortnormen basieren auf den Untersuchungen zur thermischen Behaglichkeit, die der dänische Ingenieur Ole Fanger in den 1970er-Jahren angestellt hat. Unter anderem geht die geforderte Raumtemperatur zwischen 22 und 26 Grad auf ihn zurück. Damals waren diese Erkenntnisse bahnbrechend, insbesondere im Hinblick auf gesundheitliche Auswirkungen in Fabriken. Wie zeitgemäß sind diese Normen heute noch?
Sie sind weiterhin sehr wichtig als Basis für die Planung, wobei ja schon seit Fanger neben der Temperatur auch andere Parameter wie Lichtfarbe und -qualität, Ausleuchtung, Luftfeuchtigkeit und -bewegung, Haptik oder der Gesundheitszustand der Nutzenden eine Rolle spielen. Auch den Komfort kann man heutzutage sehr gut simulieren. Das ist auch enorm wichtig, denn wir bauen keine Gebäude, um Energie zu sparen – wenn wir das tun würden, dürften wir gar keine mehr bauen –, sondern, um ein behagliches Umfeld zu schaffen.

Müssen sich die Menschen in bestimmten Punkten auch umgewöhnen? Vor allem Luftbewegung ist ja in Deutschland bislang eher als Zugluft verpönt…
Ein Luftzug, der nicht einschränkt, sondern erfrischt, ist gut. Wenn der Zug so stark ist, dass er unbehaglich wird, bleibt er auch weiterhin falsch. Mir ist es wichtig, dass die Nutzenden auch selbst eingreifen, dass sie zum Beispiel mal ein Fenster öffnen oder einen Sonnenschutz schließen können. Sie lernen aus ihren Erfahrungen und können dann, wenn sie den Raum nicht mehr als behaglich empfinden, etwas ändern – beispielsweise das Fenster schließen, wenn sie bemerken, dass von draußen nur noch warme Luft hereinkommt. Ein weiterer Punkt ist das Wissen der Nutzenden um die energetischen Auswirkungen. Zum Beispiel müsste ein Raum in der kalten Jahreszeit nicht so stark beheizt werden, wenn sich die Nutzenden dazu entschließen, auch über die Kleidung den Komfort mit zu adaptieren. Weil ihnen bewusst ist, dass sie dadurch Energie einsparen, akzeptieren sie das eher. Von daher sehe ich diese Konzepte auch nicht als Einschränkungen. Das wären sie, wenn die Menschen selbst gar nichts mehr ändern dürften, sondern einfach alles hinnehmen müssten. So aber haben sie eine Vielfalt an Auswahlmöglichkeiten.

Sollte das Energiekonzept vor Ort, beispielsweise in einer Schule, erlebbar sein oder am besten gar nicht auffallen?
Das ist wirklich ein sehr wichtiger Aspekt, der mit Erwartungshaltungen zu tun hat. Wir stellen immer wieder fest, dass viele Menschen von ihren Büroräumlichkeiten erwarten, dass die Temperatur dort immer gleich ist. Doch sobald dieselben Menschen daheim sind, machen sie die Fenster auf oder zu und reagieren wie selbstverständlich auf das Klima. Deswegen halten wir es für didaktisch sehr wichtig, dass schon die Kinder in den Schulen die Zusammenhänge verstehen. Wir haben zum Beispiel sehr gute Erfahrungen mit sogenannten Lüftungsampeln gemacht, die einfach grün, gelb und rot leuchten. Dadurch erkennen die Kinder, wann die Luftqualität so schlecht ist, dass stoßgelüftet werden muss. Sie beschweren sich dann auch nicht, wenn es mal kurzfristig kälter wird, weil sie ja genau wissen, warum das so ist. Diese Erfahrung prägt sich ein und führt dann später zu einer anderen Erwartungshaltung an Innenräume. Daneben ist auch die Haptik ganz entscheidend. Einem Wärmedämmverbundsystem mit dünnem Putz merkt man, wenn man zum Beispiel dagegen klopft, seine Künstlichkeit und Zerbrechlichkeit an. Eine Lehmwand dagegen lässt sich ganz anders begreifen und erfühlen. Ein schönes Beispiel dafür ist der Alnatura Campus in Darmstadt.

Wo liegen die Grenzen passiver Strategien? Ihr Büro plant ja beispielsweise auch Hochhäuser. Lassen sich diese Prinzipien auch darauf anwenden oder sind Gebäudetypen ab einer bestimmten Größe an sich schon hochtechnisiert?
Eben nicht, auch ein Hochhaus kann man natürlich belüften. Bei 250 Metern Höhe wird es irgendwann schwierig, aber in einem 150 Meter hohen Haus sollte man auch die Fenster öffnen können – nur vielleicht nicht so oft oder eher in Form einer opaken Klappe, die den Winddruck reduziert. Dahinter steht nur die grundsätzliche Frage, was die Auftraggebenden erreichen wollen. Denn ein Hochhaus ist ja auch ein Statussymbol und hochpreisig. Deswegen soll sehr oft, zum Beispiel über eine mechanische Lüftung und Kühlung, ein maximaler Komfort erreicht werden. Eines unserer Projekte ist der 115 Meter hohe Hauptsitz des kanadischen Energieversorgers Manitoba Hydro in Winnipeg, wo die Temperaturen im Jahresverlauf zwischen -35°C und +35°C schwanken. Trotzdem wird hier die Abluft über Solarkamine ganz natürlich abgeführt.

Wie ortsspezifisch ist ein Energiekonzept? Lassen sich Konzepte übertragen?
Viele Konzepte lassen sich problemlos übertragen, wobei es auch standortbezogene Rahmenbedingungen gibt, die eine Anwendung unmöglich machen. Zum Beispiel lassen sich im Erzgebirge nur eingeschränkt Erdkanäle bauen, weil dort teilweise die Radonbelastung im Boden zu hoch ist. In solchen Fällen gibt es aber immer irgendein anderes Potenzial. Ich kenne kein Projekt ohne jegliches Potenzial. Das Grundkonzept, um die natürliche Lüftung zu erhöhen, ist immer, die Temperaturen im Außenbereich zu senken. Das zeigt sich besonders am Heat-Island-Effekt in unseren Städten. Im Stuttgarter Talkessel ist es in den Sommermonaten drei Grad wärmer als auf den umliegenden Höhen. Dann kommt durch das Fenster nur noch heiße Luft hinein. Es geht also darum, die Temperatur der Umgebung über Begrünung, Wasserflächen und Verschattung zu reduzieren, um das Fenster wieder öffnen zu können. Dieses Konzept haben wir zum Beispiel bei der „Grüne Erde-Welt“, einem Besuchs- und Produktionszentrum im österreichischen Pettenbach, mit 13 bepflanzten Lichthöfen umgesetzt. Das Gebäude ist zwar wichtig, aber an erster Stelle kommt das Umfeld – und auch das kann man über Simulationen planen.

Wie viel Potenzial bieten denn die zwangsläufig immer dichter bebauten Städte dafür?
Wichtig ist der Standort der Stadt und wie sich dementsprechend die Sonne darüber bewegt. Es stellt sich dann die Frage, ob sie in einer nördlichen Klimaregion liegt, wo Sonne in den Straßen gewünscht ist – oder in einer südlichen Region, wo es vielmehr um Verschattung geht. Interessant ist außerdem, ob die Straßen eher breit oder schmal sind. Denn je enger die Straßen sind, desto weniger Autos versperren sie und desto einfacher lassen sich darin Grünflächen schaffen.

Die prototypischen Solarhäuser der Nachkriegszeit sind hauptsächlich Einzelhäuser auf der grünen Wiese. Haben sich dadurch vielleicht falsche Vorstellungen vom städtebaulichen Maßstab des solaren Bauens eingeschlichen?
Ja, das ist bestimmt so. Allerdings muss man auch die Pionierleistung derjenigen sehen, die es damals gemacht haben. Aber natürlich löst das unser heutiges Problem überhaupt nicht. Es wäre sinnlos, solche Häuser mitsamt Straßen auf die grüne Wiese zu bauen und dabei die Stadt zu vernachlässigen. Mehr Sinn ergibt es, eine Stadt zu bauen, zu verdichten und bestehende Infrastrukturen zu nutzen.

Sind passive Strategien ein Kostenfaktor? In welchem Verhältnis steht der erhöhe Planungsaufwand zu eingesparter Technik und geringeren Verbrauchskosten?
Die Kosten sind eigentlich überhaupt kein Thema. Durch die Konzeption und Bewertung beispielsweise der Qualität einer Fassade können die Kosten um zwei bis drei Euro reduziert werden. Allein dadurch amortisiert sich der Mehraufwand aus der Planungsphase sofort. Ein weiterer Aspekt, der zu erhöhtem Aufwand bei Planung und Umsetzung führt, ist die Abstimmung von passiven und aktiven Maßnahmen. Hier zeigen sich in der Praxis erhebliche Defizite. Deshalb bieten wir mittlerweile mit unserer Firma Transplan als Generalplaner alle Leistungen der technischen Gewerke gebündelt an.

Und zum Schluss die Gretchenfrage: Wie halten Sie es mit Ihrem Betriebsgeheimnis? Wenn passive Strategien breiter angewendet werden, kann ja nicht Ihr Büro allein alle Aufträge stemmen. Wie freigiebig sind Sie daher mit Ihren Erkenntnissen, um die Transformation voranzutreiben?
Da sind wir sehr freigiebig, weil wir nicht nur angetreten sind, um Aufträge zu bekommen, sondern etwas bewegen wollen. Es ist enorm wichtig, dass viele Projekte dieser Art umgesetzt werden. Momentan ist der Prozentsatz passiver Projekte, bezogen auf die Welt, immer noch verschwindend gering. Das heißt, wir müssen ganz viele werden, um etwas zu verändern. Bei Transsolar haben wir unsere eigene Akademie gegründet und einige Partner lehren an Hochschulen, ich selbst schon lange an der Hochschule für Technik Stuttgart. Dort haben wir den Studiengang KlimaEngineering ins Leben gerufen, in dem wir genau diese Leute ausbilden wollen – auch in Kombination mit den Architekturstudierenden. So lernen sie schon im Studium, gemeinsam solche Projekte umzusetzen.

Prof. Dipl.-Ing. Volkmar Bleicher studierte Verfahrenstechnik an der Universität Stuttgart mit dem Schwerpunkt Thermodynamik und Solartechnik. Von Beginn an arbeitet er beim Büro Transsolar Energietechnik GmbH in Stuttgart. Er ist Partner bei Transsolar und Geschäftsführer der Generalplanergesellschaft Transplan Technik Bauplanung GmbH, einem Schwesterunternehmen von Transsolar. Seit 2005 ist er Professor an der Hochschule für Technik Stuttgart an der Fakultät Architektur und Gestaltung sowie Studiendekan im Fachbereich KlimaEngineering.