Energieeffizienz und Ökologie von Häusern in Massivholzbauweise

Grundlage für öffentlich-rechtliche Nachweise zur Energieeffizienz von Gebäuden in Salzburg, Österreich und der Europäischen Union sind definierte Grenzwerte zum Energieverbrauch. Diese dürfen nicht überschritten werden. Bei Neubauten ist der Heizenergiebedarf immer per Berechnung zu ermitteln.

Das übergeordnete Ziel der Forschungs- und Untersuchungsarbeiten von Netzwerk Massivblock 20+ war die Analyse des Energieeffizienzverhaltens von Massivholzkonstruktionen, auch im Vergleich zu anerkannten technischen Berechnungsgrundlagen.

Die vorliegende Studie belegt, dass einschalige Blockaußenwände weit weniger Heizenergie benötigen als aufgrund der rechnerischen U-Werte zu erwarten wäre und Blockhäuser durchaus die Anforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden erfüllen.

Zahlreiche Beobachtungen, Praxiserfahrungen und Voruntersuchungen legten den Schluss nahe, dass der tatsächliche Heizenergieverbrauch bei Blockhäusern erheblich niedriger liegt als nach normkonformen Berechnungen. Darüber hinaus gelten diese Bauarten als überaus ökologisch und werden wegen ihres überdurchschnittlich behaglichen Wohnklimas sehr geschätzt.

Heizenergiebedarf und thermische Behaglichkeit wurden an zwei Testgebäuden in Blockbau – bzw. Holzleichtbauweise analysiert, die von der ARGE Blockhausbau am Standort Bauakademie Salzburg errichtet wurden. Parallel dazu wurden Untersuchungen des Heizenergiebedarfs – Soll und Ist – an mehreren bestehenden Wohngebäuden durchgeführt. Ebenso wurden die Auswirkungen der Materialauswahl bei Errichtung und Betrieb von Wohngebäuden im Sinne einer gesamtheitlichen Ökobilanzierung nach ISO 14044/14044 ermittelt.

3.1 Heizenergiebedarf Testgebäude

Im südlichen Geländeteil des Bauakademie Salzburg wurden 2009 von der ARGE Blockhausbau zwei in Architektur und Größe Identische eingeschossige Versuchsgebäude eingerichtet. Bei gleicher Ausführung von Fenstern, Eingangstüre sowie Boden- und Dachkonstruktion erhielt ein Gebäude Außenwände in Massivblockbauweise Dicke 200 mm, das Zweite Außenwände in klassischer Leichtbauweise. Beide Gebäude sind mit einer Thermostat geregelten elektrischen Niedertemperatur-Fußbodenheizung ausgestattet. Im Zeitraum November 2009 bis Mai 2011 wurden messtechnische Untersuchungen unter realen Außenklimabedingungen während der Winter- und Sommerperioden durchgeführt.

In beiden Gebäuden wurde die Luftdichtheit mit Blower-Door gemessen. Bei beiden Gebäuden konnte die Luftdichtheitswirkung konform dem Stand der Technik energiesparend und als gut bezeichnet werden. Einzeluntersuchungen zeigten keine signifikanten Schwachstellen in beiden Gebäudehüllen.

Während der kalten Jahreszeit hielt die Fußbodenheizung bei beiden Gebäuden (ohne Fensterlüftung) eine konstante Innenlufttemperatur von 20°C. Es wurde der Stromverbrauch der Fußbodenheizung in beiden Testgebäuden erfasst und dem rechnerisch erforderlichen Heizenergieverbrauch gegenübergestellt. Solare Gewinne durch Fenster und Tür sind in beiden Gebäuden berücksichtigt. Für den Zeitraum 11/2009 bis 02/2010 lag der tatsächliche Heizenergieverbrauch des Massivholzhauses etwa 39 % unter dem rechnerisch ermittelten Wert!

Der tatsächliche Heizenergiebedarf über 74 Wintertage lag beim Blockbau rund 39% unter dem Wert, der sich bei Berechnung nach OIB-Richtlinien (Österreich, dort gilt das besonders strenge „Bauteilverfahren“, während in Deutschland das „Hüllwertverfahren“ gilt) ergeben hätte.

Niedrige Oberflächentemperaturen an der Außenseite in den Gebäudeecken und bei Boden- und Dachanschlüssen erzeugen „negative“ Wärmebrücken. Die Transmissionswärmeverluste werden durch diese Wärmebrücken nicht erhöht, sondern sogar reduziert.

Mehrmals während der Winterperioden wurde das Auskühl- und Aufheizverfahren beider Gebäude untersucht. Ausgehend von einem berechneten Wärmedämmwert (U-Wert) der Blockaußenwände, der um den Faktor 3,9 höher liegt als die Leichtbauwände, hätte im Blockhaus eine erheblich raschere Auskühlung stattfinden müssen als es tatsächlich der Fall war. Ergänzende Berechnungen von Wärmeströmen in den Außenwänden in Verbindung mit Infrarotthermografie zeigen ebenfalls ein signifikantes Ergebnis. Im Vergleich zur deutlich höher gedämmten Außenwand in Holzleichtbau hätte der gemessene Wärmestrom in der Blockaußenwand, bezogen auf die U-Werte, etwa doppelt so hoch ausfallen müssen.

Anhand ausgewählter Infrarotthermogramme war darüber hinaus erkennbar, dass die Oberflächentemperaturen der Außenwände in den Gebäudeecken sowie bei Boden- und Flachdachanschlüssen deutlich niedriger lagen als in der ungestörten Fläche. Damit konnten bei beiden Testgebäuden eindeutig „negative“ Wärmebrücken nachgewiesen werden, die den Transmissionswärmeverlust sogar reduzierten. D.h. bei der Bewertung des tatsächlichen thermischen Verhaltens der beiden Testgebäude konnten vorhandene Wärmebrückenzuschläge weggelassen werden.

Der rechnerische U-Wert der Außenwände an weiteren fünf untersuchten, bewohnten Blockhäusern lag erheblich höher als der zulässige Grenzwert 0,35 W/m²K. Dennoch unterschreitet der tatsächliche Heizenergiebedarf die nach OIB-Richtlinien zulässigen Werte um durchschnittlich 39,5%.

Im direkten Vergleich zu Ziegel-/Betonbauten weisen einschalige Blockhäuser eine optimale Gesamtökobilanz auf. Die Gesamt-CO2- Bilanz bei einschaligen Blockhäusern ist langfristig günstiger als z.B. bei hochgedämmten Ziegel-/Betonbauten! Anzumerken ist hier jedoch folgendes: Die geltenden Verordnungen und Normen zum Wärmeschutz von Gebäuden beziehen sich ausschließlich auf Energieeffizienz und ökologische Aspekte während der Nutzungsphase. Unter Verwendung von Datenbanken für ökologische Kennwerte (insbesondere baubook.at) wurden Vergleichsrechnungen für ein einschaliges Blockhaus (Außenwanddicke 200 mm) und ein in Architektur und Größe exakt gleiches Ziegel-/Betongebäude im Niedrigstenergiestandard durchgeführt. Die Berechnungen zeigen, dass im Hinblick auf Primärenergie und Treibhausgase (CO2) für die Nutzungsphase die gewählte Heizungsart von ausschlaggebender Bedeutung ist. Betrachtet man die Ökobilanz so können Gebäude aus ökologisch ungünstigen Baustoffen, trotz Resourcen schonender Heizung eine negative Entsorgungsbilanz aufweisen. Im vorliegenden Berechnungsbeispiel war die Gesamt-CO2-Bilanz des einschaligen Blockhauses sowohl bei Wärmepumpen- als auch Pelletseinsatz trotz des höheren Heizenergiebedarfs nach einem Betrachtungszeitraum von 100 Jahren günstiger als bei der Ziegel-/Betonbauweise.

Die ausschließliche Bewertung von Gebäuden während der Nutzungsphase im Hinblick auf Primärenergiebedarf und Treibhauspotenzial ist nur die halbe Wahrheit. Um eine Gesamt-Ökobilanz von Häusern in Massivholzbauweise zu berechnen sind mehrere Faktoren ausschlaggebend: Je höher der Gebäude-Dämmstandard, umso mehr steigt der Einfluss von Materialauswahl und Herstellerprozess, sowie des Faktors Entsorgung.

Der tatsächliche Heizenergieverbrauch bei Bauten mit maßgeblichem Massivholzanteil ist erheblich niedriger als nach normkonformen Berechnungen. Die rechnerischen U-Werte in den ungestörten Flächen geben das tatsächliche Wärmeverhalten dieser Bauteile nicht korrekt wieder.

Die Beobachtung und Vermutung, dass Gebäude mit Außenwänden allein aus Massivholz deutlich weniger Energie verbrauchen als berechnet, konnte sowohl an den Testgebäuden als auch bei errichteten Wohnhäusern klar bestätigt werden. Die Unterschreitungen des berechneten Heizenergiebedarfs beim Testgebäude sowie den bewohnten Häusern stimmten mit ca. 39 % sehr gut überein. Diese erheblichen Unterschreitungen können mit dem Nutzerverhalten allein nicht begründet werden. Erste überschlägige Betrachtungen von Wärmebrücken zeigen, dass diese einen enormen positiven Beitrag zur Energieeffizienz von Massivholzwänden leisten. Der tatsächliche und effektive Wärmestrom, bezogen auf die Gesamtfläche unter Einbeziehung aller Anschlüsse und Übergänge, fällt wesentlich niedriger aus als nach den berechneten U-Werten der ungestörten Flächen. Diese Zusammenhänge haben sich in der letzten Projektphase als sehr bedeutend herauskristallisiert und sollten weiter vertieft werden. Hierin liegt auch die wahrscheinlichste Ursache für die gravierenden Abweichungen zwischen Berechnungen einerseits und tatsächlichem thermischen Verhalten andererseits.

Zusammenfassend die Erkenntnis dieser Studie: Unter Berücksichtigung der realen Wärmeströme einschließlich aller Anschlüsse und Übergänge sind bei einschaligen Blockaußenwänden üblicher Dicke (z.B. 200–240 mm) voraussichtlich resultierende U-Werte unterhalb des Grenzwertes 0,35 W/m2K zu erwarten!

Quellnachweis www.dmbv.de oder "Deutscher Massivholz- und Blockhausverband e.V.".