Das Sonnenhaus in Hof – Konzept und Grundlagen

Das Hofer Sonnenhaus

Das Hofer Sonnenhaus ist ein Green Building, welches als Wohn- und Geschäftshaus mit nachhaltigem Bau- und Energiekonzept konzipiert wurde. 2017 war es Ausstellungsinhalt im Deutschen Pavillon auf der Expo-Weltausstellung unter dem Titel „Future Energy”; 2019 wurde es in die Sammlung der Beispielhaften Bauten des Bayerischen Bauministeriums und der Bayerischen Architektenkammer aufgenommen.

Ab 2021 wird das Projekt in der neuen Wanderausstellung „Nachhaltiges und Energieeffizientes Bauen“ der Bayerischen Architektenkammer zu sehen sein. Es wurde zudem mit dem Bürgerenergiepreis ausgezeichnet und findet im In- und Ausland große Beachtung.

Beim Sonnenhaus fällt vor allem auf, dass die Primärenergiekennzahlen sehr niedrig sind. Das führt zu einer hohen Wirtschaftlichkeit des Baukonzeptes und beruht auf dem Einsatz von Naturbaustoffen, beispielsweise Holz, Stroh, Ziegel, Lehm, aber auch von Recyclingmaterial. Hinzu kommt ein regeneratives Energieversorgungskonzept, das auf die Nutzung und Speicherung von Solarenergie setzt.

Wenn Sie mehr über natürliche Baumaterialien erfahren möchten, können wir Ihnen folgende Beiträge empfehlen:

• "Lehm- und Kalkputz beim Hausbau: Vorteile und Tipps"

• "Nachhaltige Wärmedämmung mit Naturdämmstoffen"

• "Holz als Baustoff: Vorteile und Tipps für den Hausbau"

Das Sonnenhauskonzept

Welches Konzept steht hinter dem Sonnenhaus? Das Wohn- und Geschäftshaus mit 3 Wohneinheiten und einem Architekturbüro steht in Hof an der Saale. Das Bauvorhaben ist ein Pilotprojekt für die Nutzung von Sonnenwärme zur ganzjährigen Beheizung von Gebäuden. Der experimentelle Charakter des Projektes wird außerdem durch die Verwendung von Strohballen beim Wandaufbau des Büroteils und durch den innovativen Einsatz weiterer Naturbaustoffe unterstrichen.

Das nicht unterkellerte Bauwerk hat 4 Nutzungseinheiten. Es besteht nach Westen aus einem abgestuften kubischen Baukörper mit 3 Ebenen (EG, OG und DG) sowie einem östlichen Flachdachbau (EG) mit darüber angeordnetem Solardachboden (2 Ebenen). Das Gebäude fügt sich als eigenständig und modern gestalteter Solitär in das städtebauliche Umfeld ein. Das Konzept zeigt ein Beispiel, wie verdichtetes Bauen in einer Baulücke im Zentrum der Stadt Hof möglich ist. Außerdem demonstriert es, wie attraktive Wohneinheiten zukunftsfähig und flexibel nutzbar in der Innenstadt entstehen können.

Die Wohneinheiten sind als Standardwohneinheiten separat vermietbar, eignen sich aber auch für Mehrgenerationenwohnen. Die Wohneinheiten bieten sich zudem ideal in Kombination mit freiberuflicher oder gewerblicher Tätigkeit. Durch Teilbarkeit und Kombinierbarkeit der 4 Nutzungseinheiten sowie durch angedachte Erweiterungsmöglichkeiten wird ein hohes Maß an Zukunftsfähigkeit, Flexibilität und Nachhaltigkeit des Immobilienprojektes erreicht.

Ziele des Projektes

Bei dem Projekt wurden folgende Ziele verfolgt:

• Errichtung einer flexibel nutzbaren Immobilie zum Wohnen und Arbeiten sowie als Altersvorsorge
• höchstmögliche solare Deckung des Wärmebedarfes
• Verwendung von örtlich verfügbaren Energiequellen (Sonne, Holz, Wind)
• Bauen mit möglichst natürlichen oder naturnahen Baustoffen (baubiologische Grundsätze)
• Bauen mit regionalen Ressourcen (Baustoffe und Bauleistungen aus der Gegend)
• Option der regenerativen Stromerzeugung zum Eigenverbrauch (Kleinwindkraftanlage und Solarstrom).
• Vermeidung von Neulandverbrauch – Bau auf einer Industriebrachfläche
• Innerstädtische Nachverdichtung – Leben der kurzen Wege
• Errichtung eines Bauwerkes, das es in der gleichen Form nicht schon einmal gibt.

Mehr zum Thema baubiologisch Bauen finden Sie in unserem Beitrag "Baubiologie – ganzheitlich gesund wohnen und arbeiten".

Das Haus wird größtenteils mit Sonnenwärme ganzjährig beheizt: die Idee folgt dem Sonnenhausprinzip. Die Ernte der Sonnenwärme erfolgt mit einer 112 qm großen Solarwärmekollektoranlage, die ideal nach Süden orientiert und 64° steil geneigt ist, um im Winter und in den Übergangszeiten (Heizperiode) optimale Solarerträge zu erreichen. Die Wärme wird als Warmwasser in einen 40.000 Liter großen, wärmegedämmten Solarspeicher eingelagert, der als Schichtenspeicher konzipiert ist.

Dieses Wärmereservoir wird über Wärmetauscher und Niedertemperatur-Fußbodenheizungen an die zu beheizenden Räume abgegeben. Es wird dabei eine solare Deckung in Höhe von bis zu 90% erreicht. Die Restenergiemenge, die für Brauchwassererwärmung und Raumheizung erforderlich ist, wird aus einem kleinen Pelletkessel weitgehend CO2-neutral bereitgestellt. Auf Wohnraumlüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung wird bewusst verzichtet.

Die Entwicklung vom Bauhaus zum Sonnenhaus

Die Entwicklung der Architektur sieht vor, dass die Form vom jeweiligen Zeitgeist bestimmt wird. Energieversorgungsfragen und Fragen der Wirtschaftlichkeit spielten dabei immer eine entscheidende Rolle. Der amerikanische Architekt Louis Sullivan behauptete um 1900: form follows function. Ludwig Mies van der Rohe ergänzte in den 1920er Jahren: Weniger ist mehr. Er untermauerte damit den Ansatz der Moderne und den Minimalismus in der Architektur. Er und andere verzichteten auf Verzierungen und Schmuckwerk bei Bauwerken und reduzierten die Form auf die notwendigen und funktionalen Bauteile.

Der deutsche Designer Hartmut Esslinger hat mit seiner in Kalifornien gegründeten Frog-Design-Gruppe in den 80er Jahren unter anderem für Apple und auch für Rosenthal gearbeitet. Er stellte die These auf: form follows emotion. Das Sonnenhaus vertritt die Idee des angehenden 21. Jahrhunderts: form follows energy!

Wir glauben allerdings auch, dass es zur Evolution gehört, dabei nicht die zurückliegenden Entwicklungsstufen zu vergessen; Funktion und Emotion sind in unserem Büro beim Bauen wichtige Grundlagen. Darüber hinaus müssen baubiologische Grundsätze, Fragen der Herkunft von Baumaterialien, Lebenszyklusbetrachtungen sowie andere Nachhaltigkeitsfragen am Anfang und am Ende jeder Bauplanung stehen.

Alter Charme mit neuer Technik

Der Bautypus Aktiv-Sonnenhaus mit den heute zur Verfügung stehenden technischen Mitteln der Solarkollektoren, Saisonalspeicher und elektronischen Steuerung befindet sich relativ am Anfang seiner Entwicklung. Diese Entwicklung wird seit 30 Jahren vor allem durch den Solarpionier Josef Jenni in der Schweiz, den bayerischen Architekten Georg Dasch und den Solaringenieur Wolfgang Hilz vorangetrieben.

Innovative mittelständische Betriebe sind mit der Weiterentwicklung der Solarwärmespeichertechnik beschäftigt. Weit in der Vergangenheit liegt allerdings schon das “Haus des Sokrates” als erstes Sonnenhaus, von dem berichtet wird, es wäre ein Pultdachbau mit einem Dachüberstand, der so ausgebildet war, dass er die Wohnräume gegen die hochstehende Sommersonne abschattete und die flachstehende Wintersonne bis in die Wohnräume hineinließ. Die sich daraus ergebenden Grundsätze bleiben bis heute gültig für das Ziel der passiven Sonnenenergienutzung.

Wenn wir ein aktives Sonnenhaus mit zugehörender Anlagentechnik entwerfen, müssen wir jedoch weitere physikalisch-technische Grundlagen in die Planung einbeziehen.

Hofer Sonnenhaus: Entwurfsgrundlagen und Vorgaben

Die Ausgangsposition ist die Erkenntnis, dass in unseren Breiten (Hof, rd. 50° Nord) eine auf den Solarertrag in der Übergangszeit optimierte Kollektorfläche mit circa 64° Neigung aufweisen sollte. Voraussetzung für eine hohe solare Deckung bei der Wärmeversorgung sind niedrige Wärmeverluste der Gebäudehülle. Beim monolithischen Außenwandaufbau mit seinen vielen Vorzügen liegt ein guter u-Wert bei etwa 0,18 W/qmK. Das wird durch den Einsatz von modernem porosierten Leichtziegelmauerwerk mit Wandstärken von 42,5 cm, Leichtmauermörtel und Leichtputzen ermöglicht. Bei Fenstern wird teilweise mit 3-fach-Isolierverglasung gearbeitet.

[Einschub der Redaktion: einen weiteren Bericht zu einem Wohnhaus in monolithischer Bauweise mit Poroton-Ziegeln finden Sie hier]

Energetisch sinnvolle Konzepte sehen die thermische Aktivierung der Betonbodenplatte eines Gebäudes vor. Das wird durch den heute möglichen Einsatz von druckbelastbaren Wärmedämmungen unter den Bodenplatten, z.B. durch Glasschaumschotter (einem Recyclingprodukt) ermöglicht.

Die optimale Ausrichtung

Ein Sonnenhaus erfordert die optimale Südausrichtung für die Solaranlage und eine dauerhaft verschattungsfreie Kollektoranlage. Das innerstädtische Grundstück in Hof mit der Flurnummer 2057 weist in dieser Hinsicht nicht ganz einfache Rahmenbedingungen auf. Südlich vorgelagerte Nachbarbebauung, alter hoher Baumbestand und der Grundstückszuschnitt sind Voraussetzungen, mit denen im Entwurf umzugehen war. Es entstand eine eigentümliche Form des Solardaches mit einer steil geneigten Kollektorfläche; Die Formgebung folgt dem Energiekonzept.

Die rund 112 qm große Kollektorfläche arbeitet mit einem rund 40.000 Liter fassenden Heizungswasserpufferspeicher als Saisonal-Wärmespeicher. Im Sommer und in der Herbst-Übergangszeit wird damit Sonnen-Energie “geerntet” und gepuffert, die dann in der Heizperiode genutzt werden kann. Das bedeutet für die Baugestaltung, dass sie mit einem Behälter von 2,50 m Durchmesser und 8,5 m Bauhöhe
umgehen musste.

Fragen der Grundrissgestaltung, der winterliche aber auch der sommerliche Wärmeschutz sowie die optimale Speicherbewirtschaftung werfen die Diskussion über die optimale Positionierung des Speichers, die optimale Dämmung und eine kontrollierte Bewirtschaftung auf. Beste Ergebnisse für die Beheizung eines Sonnenhauses werden mit einer Niedertemperaturheizung, also zum Beispiel einer Fußbodenheizung erreicht.

Letztlich sind bei allen technischen Vorgaben zur funktionalen, wirtschaftlichen und ökologischen Optimierung noch weitere Qualitäten gefragt:

• Einfügung in die Umgebung (Bauform, Baumasse, Gestaltung)
• Wohnqualität, Belichtung und Atmosphäre von Räumen
• Auswahl der Materialien und Farben
• Ausstattung
• Außenanlagengestaltung
• Erschließung
• persönliche Wünsche

Entwurfskonzept des Sonnenhauses

Das Gebäude gliedert sich in zwei klar ablesbare Baukörper, dem “Wohnhaus” im Westen zur Saale hin und dem nach Osten zur Heiligengrabstraße hin orientierten “Büroflügel” mit Loftwohnung im Solardachboden. Die beiden Baukörper sind durch gemeinsame Funktionen miteinander verbunden. Im Grundriss ergibt sich durch die Form eines “T” eine “Hammerform”.

Das Grundstück ist von Osten her erschlossen. Die Zugänge für die Nutzungseinheiten befinden sich alle im Norden. Die Planung ermöglicht ein zeitgemäßes und generationenübergreifendes Wohnen, wo Familienleben und Nachbarschaft funktionieren, wo man gemeinsam lebt und dennoch jeder seine Freiräume hat. Das Haus ist nicht unterkellert und hat auf die erdgeschossigen Baukörper aufgesetzte, loftartige Dachgeschosse.

Erdgeschoss und Obergeschoss

Die Erdgeschoss- und Obergeschossumfassungswände des westlichen Baukörpers bestehen aus massivem und monolithischem Leichtziegelmauerwerk. Die Wände erhalten außen einen Leichtputz und innen einen 2-lagigen Kalkputz und erreichen dadurch die geforderten Dämmwerte ohne zusätzliche Wärmeschutzmaßnahmen.

Zwischenwände sind aufgrund der guten Wärmespeicherung und sommerlichen Behaglichkeit ebenfalls massiv aus Ziegeln gemauert. Die meisten Decken sind aus Kreuzlagenholzplatten hergestellt. Massivholzelemente aus Brettsperrholz spielen auch bei der Decke über OG sowie bei Außenwänden und Dachdecke des aufgesetzten Dachgeschoss-Lofts eine Rolle.

Der Wärmeschutz wird hier durch die Anordnung von außen aufgebrachten Holzkonstruktionen mit Holzfaserdämmungen ergänzt. Der Witterungsschutz besteht aus einer klassischen senkrechten Boden-Leisten- Schalung, wie sie seit Jahrhunderten im Frankenwald und im Vogtland verwendet wird. Dächer sind hier als Flachdächer konzipiert und erhalten Gefälledämmungen, Folienabdichtungen und Bekiesungen bzw. extensive Begrünung.

Mehr zum Thema Dachbegrünung finden Sie hier:

• "Dachbegrünung – Pflanzen und Tipps für die Umsetzung"

• "Extensive Dachbegrünung - ein Überblick"

Büro und Loftwohnung

Der Büroflügel mit Loftwohnung im Solardachboden ist eine Holzkonstruktion auf einer Stahlbetonbodenplatte, die für Heizzwecke mit Warmwasserleitungen ausgerüstet ist (Prinzip Industriebodenheizung). Die Umfassungswände im Erdgeschoss bestehen beim Büro aus einer Holzständerkonstruktion mit Ausfachungen aus Holzfaser (bzw. Strohballen, die raumseitig einen Lehmputz erhalten). Der Wetterschutz wird über diffusionsoffene Fassadenbahnen und eine hinterlüftete Lärchenholzverkleidung hergestellt.

Die Decke über dem Erdgeschoss ist als mehrfeldrig gespannte Massivholzdecke aus Kreuzlagenholz konzipiert. Darüber steht ein 64° steil geneigter “Solardachboden”, der als Loftwohnung ausgebaut ist. Der Flachdachteil ist extensiv begrünt und die Steildachflächen sind mit Kollektormodulen abgedeckt bzw. mit Zinkblech eingedeckt. Fenster werden als moderne Mehrkammer-Kunststoffprofilfenster ausgeführt und 2-fach beziehungsweise teilweise 3-fach isolierverglast.

Zur Ergänzung der Solarheizung ist ein kleiner Pelletkessel im Haustechnikraum an den Solarspeicher angebunden. Durch die Verwendung von Holzpellets als Energieträger für Heizlastspitzen weist das Wohnhaus eine neutrale günstige CO2-Bilanz und niedrigsten Primärenergieverbrauch auf. Es wird damit das Ziel der kommenden Energieeinsparverordnung EnEV 2020 erreicht.

Die Familie Uwe und Susanne Fickenscher will an die Zukunft für das Leben und Arbeiten in der Stadt Hof glauben.

Projekttitel
Hofer Sonnenhaus

Bauherrin
Susanne Fickenscher

Architektur
Fickenscher Architektur + Architekten, Stadtplaner und Energieberater ByAK, Uwe Fickenscher, Hof,
Homepage
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Anschrift Projekt
Heiligengrabstraße 13-15, 95028 Hof

Nutzfläche
537 m²

Nutzungsfläche der einzelnen (Wohn-)Einheiten
1: 122,43 qm
2: 139,29 qm
3: 89,91 qm
Büro: 139,33 qm

Bauzeit
2012-2015

Energiekonzept
Sonnenhaus mit 40.000 Liter Solarspeicher, klimaneutrale Heizung und Warmwasserbereitung

Eingehaltener Standard
Kfw 55 und Sonnenhausstandard

Angewandte EnEV
2009

Endenergiebedarf ist (berechnet)
28,50 kWh/qma

Primärenergiebedarf ist (berechnet)
7,69 kWh/qma

CO2-Ausstoß (berechnet)
gesamt 360,00 kg/a (Kompensation über Baumbestand direkt auf dem Grundstück)
spezifisch 0,48 kg/qma (bezogen auf die EnEV-Nutz-Fläche)

Fotos
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