Wir müssen viele werden

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.