Sonnenhaus am Nöthnitzbach

Die Idee

Ein Sonnenhaus am Nöthnitzbach – dieser Gedanke war geprägt von dem Wunsch ein Haus aus ökologisch unbedenklichen Baustoffen zu bauen und zu weiten Teilen ohne fossile Energieträger zu versorgen. Dazu kam das Grundstück, durch welches der Nöthnitzbach fließt.

Eckdaten

Holzhaus

• Wände aus Massiv-Holz-Mauer
• Holzweichfaser-Dämmung
• Lärchenholzfassade
• Haus auf Stelzen, da in Retentionsfläche mit Überflutungsgefahr

Energie

• PVT-Anlage (Photovoltaik-Module mit Wärmetauscher für Wärmepumpe)
• PV-Anlage
• Wärmepumpe
• Schichtwärmespeicher
• Eisspeicher
• Stromspeicher (geplant)

Standort und Entwurf

Die Irren und Wirren des Lebens führten uns zu einem Grundstück im ehemaligen Mockritzer Sumpfgebiet. Der Nöthnitzbach fließt auf dem Grundstück und mündet nur wenige Meter entfernt in den Kaitzbach. Der Nöthnitzbach hat auf dem Grundstück einige Meter ohne künstliche Uferbefestigung und ist von Bäumen umgeben. Angrenzend stehen ein paar alte Obstbäume. Über die Jahre zugewachsen wirkten diese wenigen Quadratmeter wie ein kleiner Urwald in der Stadt. Verstärkt wird dieser Effekt durch die umliegende Bebauung, welche mit einem Anheben des Geländeniveaus einher ging, sodass das Grundstück nicht nur wie eine kleine, grüne Mulde wirkt, sondern auch von der Wasserbehörde als Retentionsfläche unter Schutz gestellt wurde.

Die Bebauung musste sich an den besonderen Gegebenheiten des Grundstücks ausrichten und die damit verbundenen gesetzlichen Regelungen erfüllen. Ideen existierten schon länger, nun galt es diese im Spannungsfeld der, mit dem Grundstück verbundenen, Vorgaben zu verbinden. Es entstanden erste Skizzen, welche mit Hilfe des Architekten zu einem stimmigen Gesamtentwurf weiterentwickelt wurden.

Die konkreten Schritte vor Ort wurden durch ein lokal Ansässige Architektenbüro sowie ein Ingenieurbüro für Tragwerksplanung begleitet.

So ist es gelungen ein Gebäude für des Grundstück zu planen, welches auf sumpfigem Boden sicher steht, dem Bach Platz lässt und sich in den städtebaulichen Kontext einfügt.

Baukörper

Der Baukörper steht auf einer sogenannten Retentionsfläche. Es muss mit Überflutungen gerechnet werden und das Bauwerk darf nicht Volumenverdrängend sein. Also musste das Gebäude auf Stelzen aufgebaut werden, um die Retentionsfläche nicht einzuengen. Trotz dem das Wasser wahrscheinlich maximal einen Meter Höhe erreichen kann, sind die Stelzen über zwei Meter hoch. Dadurch nimmt sich das Gebäude etwas aus dem Böschungsbereich des Nöthnitzbaches zurück.

Ein Gebäude das Möglichkeiten schafft und nicht einengt - Weite und Raum war ein Kernanliegen seitens der Bauherrenschaft. Durch den Raum unter dem Haus konnte diesem Wunsch Rechnung getragen werden, es entsteht trockener Raum im Außenbereich, ein Freiraum ohne Funktionszuordnung.

Ein Sonnenhaus braucht Sonne und somit ist die Orientierung an den Himmelsrichtungen zu weiten Teilen vorgegeben. Die örtlichen Gegebenheiten legen einen Azimut-Winkel von 15° fest, somit ist das Gebäude leicht zu den Himmelsrichtungen verdreht. Das Haus wird durch eine Ost-West-Achse geteilt. Im Süden liegen die großen Räume zum leben, die Hülle öffnet sich durch große Fensterflächen. Im Norden sind die kleinen Räume, der private Rückzugort.

Die Dachform bietet zwei Flächen nach Süden, eine mit 6° und eine mit 90° Neigung, auf denen Solarsysteme installiert werden können. Insbesondere die steile Fläche ist in Hinblick auf die tief stehende Wintersonne entstand. Nach Norden hin fällt ein ortsübliches Spitzdach ab.

Baukonstruktion

Ein Grundgedanke bei der Planung war, die Dinge so zu ergreifen, wie sie sind. Die Stahlstützen sind aus Stahl, die Betonscheiben sind sichtbarer Beton. Stützen und Scheiben stehen auf einer Bodenplatte aus Stahlbeton und ergänzen sich statisch optimal. Die Bodenplatte schwimmt flächig auf dem weichen Untergrund, sodass eine tiefgreifenden Gründung vermieden werden konnte. Auf den Stützen lasten drei große Balken, welche die Aufteilung des Hauses bis zum Dach hoch vorgeben und dessen Hauptlast tragen. Der Baukörper besteht sichtbar aus Holz.

Unter dem Aspekt der ökologischen Baustoffe viel die Wahl schnell auf ein Holzhaus, worunter sich aus Sicht der Bauherrenschaft das MHM-System (MassivHolzMauer) hervor getan hat. Es bietet vielerlei Vorteile und hat nicht zuletzt bei größer angelegten Vergleichen gut abgeschnitten ¹⁾ .

Der Holzbau ist schon heute im digitalen Zeitalter angekommen.Speziell die MHM-Platten werden durch einen großen Roboter Brett für Brett vollautomatisch zusammen getackert, sozusagen das Äquivalent zum 3D-Druck. Im Anschluss läuft die Platte einen Arbeitsplatz weiter, zu einer große CNC-Fräse, welche aus den Platten passende Bauteile inklusive aller Fenster, Türen und Installationsschlitze zurecht schneidet. Diese Bauteile werden software-gestützt derart verladen, dass sie auf der Baustelle hinter einander weg verbaut werden können und der LKW beim Entladen nicht umkippt. Das zusammensetzten der Bauteile geht, dank einer Toleranz von ±2 mm, rasend schnell. Die Formgebung des Gebäudes ist nahezu frei, es gibt kein Rastermaß o.ä. und die Planung findet komplett in der CAD-Software statt.

Die Dämmung ist aus Holzweichfaserplatten. Im Spitzdach und im unteren Boden ist Holzweichfaserdämmung eingeblasen. Die Fassade ist eine hinterlüftete Holzfassade aus naturbelassenem Lärchenholz, dahinter liegt eine diffusionsoffene Windsperre.

Im Innenbereich sind die massiven Holzwände, welche auch die nötige Installation aufnehmen, mit Plattenmaterialien wie Gipskarton oder Lehmplatten verkleidet. An einzelnen Stellen wurde die rohe Holzwand gelassen.

Energiekonzept

Die Sonne als Energielieferant steht im Mittelpunkt des Konzeptes und diesem Aspekt wurde bereits durch die Gebäudeausrichtung und Gestaltung Rechnung getragen. Mit den technischen Anlagen sollte nach Möglichkeit nicht in die Umgebung eingegriffen werden. (Tiefenbohrungen sind am Standort aus geologischen Gründen ohnehin nicht möglich). So bleibt nur die Sonne als Energielieferant übrig.

Mit Holzwänden und Holzweichfaserplatten erreicht man gute Dämmwerte und einen guten Wärmeschutz. Auf den Einsatz von Polystyrolschäumen wurde bewusst verzichtet. Dadurch erreicht man keine Dämmwerte eines Passivhauses und ist somit auf solare Energieeinträge angewiesen. Eine an der Sonne orientierte Gebäudegestaltung ist der technisch einfachste Ansatz um passiv solare Energieerträge zu erzielen, hier hauptsächlich über große Fensterflächen realisiert.

Die Wahl der Heizungsanlage viel auf die Wärmepumpe Solaera der Fa. Consolar mit integriertem Eisspeicher. Während der Planungsphase wurde das ursprünglich favorisierte System mit Solarthermiekollektoren eingestellt und durch ein Photovoltaik-Thermie-Konzept (PVT) ersetzt.

Das Besondere sind die 15 PVT-Kollektoren auf einer Fläche von 30 m². Der PVT-Kollektor SOLINK kombiniert ein PV-Modul mit einem Luft-Solar-Kollektor und versorgt die SOLAERA 6,9 kW Wärmepumpe mit Strom und führt der Wärmepumpe gleichzeitig Luftwärme zu. Es bedarf keiner aktiven Bauteile wie Ventilatoren im Außenbereich. Der Flächenertrag von PV ist geringer als bei Solarthermie, aber im Sommer hat man keine überschüssige Wärme und kann den Strom verkaufen.

Die Anlage bietet mit einem kleinen Eisspeicher die Möglichkeit der Wärmeversorgung ohne eine zweite Heizung vorhalten zu müssen um die Spitzenlasten zu Decken. Auf einen Gasanschluss konnte konsequent verzichtet werden. Es gibt lediglich einen 9 kW Heizstab, welcher im Notfall Nachheizen kann, was aber noch nicht notwendig war. Auf eine geregelte Innenraumlüftung wurde von Seite der Bauherrenschaft verzichtet.

Eine weitere reine Photovoltaikanlage (PV) soll den Strombedarf des Gebäudes weitestgehend decken bzw. im Jahresmittel einen Überschuss erzielen. Die Photovoltaikanlage soll den Wärmepumpenbetrieb noch wirtschaftlicher machen und große Teile des Komfortstromes bereitstellen. Die Anlage wurde durch den Energie Dezent e.V. finanziert und wird von diesem auch betreut und ausgewertet.

Zukünftig soll ein Stromspeicher zum Einsatz kommen, um den Eigenverbrauch und damit die Autarkie weiter zu erhöhen.

Eine Schlüssefunktion kommt der intelligenten Vernetzung zu. Damit ist man im Jahr 2019 leider noch der Zeit voraus. In die Vernetzung muss noch einiger Aufwand gesteckt werden um das Potential auszuschöpfen.

Eine Fußbodenheizung im Trockenestrich verteilt die Wärme im ganzen Haus über eine große Fläche mit niedriger Temperatur. Die Einzelraumregelung wird dabei nicht genutzt.

Im Wohn- und Esszimmer, welches Lebensmittelpunkt des Hauses ist, steht ein Kaminofen zur manuellen Stückholzverbrennung. Er ist vorrangig für die gemütliche Atmosphäre gedacht, doch an kalten Tagen kann er das Heizsystem auch unterstützen. So soll es möglich sein besonders großen Heizbedarf an kalten Tagen, an denen die Effektivität und Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe nicht gut ist, durch den Einsatz von Holz als biologischen Energiespeicher zu decken. Beim einem Ausfall der technischen Systeme funktioniert die Feuerung vollkommen autark.

Photovoltaikanlage

Die Anlage besteht aus 15 Solink PVT Hybridkollektoren (je 340 Wp) und 28 Heckert NeMo M 60 300 Modulen (je 300 Wp).Die Gesamtleistung beträgt 13,500 kWp. Der Azimut der Anlage beträgt 15°. Der Neigungswinkel der PVT Kollektoren beträgt 80°, die anderen 28 Module haben einen Neigungswinkel von 6°.

Energiebilanz

Der Bezug von Netzstrom beträgt ca. 2.500 kWh pro Jahr für einen vier Personen-Haushalt auf 185 Quadratmeter Wohnfläche.

Dem gegenüber steht eine Netzeinspeisung von 10.000 kWh pro Jahr. Somit bleibt ein bilanzieller Überschuss von 7.500 kWh/a.

Ob es nun ein Plusenergie-Haus, ein Sonnenhaus, ein Passivhaus oder was auch immer ist, hängt von der oft unscharfen Definition der Begriffe ab.
Wir können den Haushaltsstrom nicht von Heiz- und Warmwasser-Strom unterscheiden um die Heizleistung genauer aufzuschlüsseln. Aber der Elektro-Herd unterscheidet auch nicht zwischen Brot backen und Wohnküche heizen - insofern scheint die importierten Energiemenge die einzig valide Betrachtung.

Ökonomisch gesehen haben wir weder Strom- noch Heizkosten, tendenziell eher einen Gewinn.

Die Aurtarkie beträgt aktuell 42% bei einer Eigenverbrauchsquote von 14%. Zukünftig kann durch weitere Optimierung der Heizung und der Ergänzung eines Batteriespeichers der Netzbezug weiter verringert werden.

Auf Monate aufgeschlüsselt haben wir im November, Dezember und Januar eine negative Bilanz und sind auf Netzstrom angewiesen.

Gebäudetechnik

Schlichte Oberfläche, im Hintergrund moderne und flexible Technik. Die Elektroinstallation, das Rückgrat der Haustechnik, wurde auf Bauherrenwunsch konsequent als BUS-basiertes System geplant, die Wahl fiel auf das bewährte KNX-System. Damit steht eine flexible und zukunftsorientierte Gebäudeinstallation zur Verfügung, deren Potential über die anfänglich geplante Nutzung deutlich hinaus geht. Es wird die Beleuchtung, das Verschattungssystem (Raffstore) und die Heizung über KNX gesteuert, wodurch die Hausautomatisierung grundlegend implementiert ist. In Kombination mit Wetterstation, Solaranlage, Batteriespeicher, Sicherheitstechnik und steuerbaren Verbrauchern kann dadurch eine hohe Energieeffizienz erzielt und allerlei Komfortfunktionen umgesetzt werden.

Die schlichte Oberfächer wird in erster Linie durch Reduktion erreicht, es gibt sehr wenig Schalter an den Wänden. Dafür befindet sich auf jeder Etage eine Display Bedieneinheit, auf der sich unter anderem auch komplexe Schaltaufgaben leicht abbilden lassen. Die Schalter sind nur in einigen Zimmern vorhanden, in denen man in gewohnter Weise den Lichtschalter bedienen kann. In den Verkehrsflächen übernehmen Bewegungs- und Präsenszmelder diese Aufgaben. Auf dem Smartphone läuft die Entsprechende App.

Der Vernetzung kommt in unserer solaren Energiekonzept eine Schlüsselfunktion zu um. Aktuell richtet sich die Wärmepumpe durch eine seperate Steuertechnik von Consolar nach der PV-Leistung. Ein SMA Sunny Home Manager 2.0 dient als Datenlogger und kann die Spülmaschine (via Home Connect) passend zur Sonne steuern.

Schwierig gestaltet sich die Schnittstellen, ein branchenübergreifendes Systeme wird leider noch nicht von allen Geräten unterstützt.

Hier besteht noch viel Entwicklungspotential.

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