Ökologische Bautechnik
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Schritt-für Schritt-Leitfaden |
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Ökologische Elemente können in aktiv und passiv gegliedert werden. Aktive Solarsysteme sind auf Sonnenenergie ausgerichtet, die durch mechanische und/oder elektrische Systeme erfasst wird: Sonnenkollektoren (für Raum- oder Wasserbeheizung) und photovoltaische Platten (zur Stromproduktion). Weitere Informationen über aktive Systeme finden Sie im EEQ-Leitfaden. Ein passives Solargebäude nutzt die Sonnenstrahlung optimal anhand von Standardkonstruktionsmerkmalen, während nur wenig oder gar keine mechanische Unterstützung nötig ist. Die natürliche Bewegung von Wärme und Luft hält die Temperaturen auf einem komfortablen Niveau. Passive Systeme werden weiter unten erläutert. 
Passive Solarsysteme: Direkte Sonnennutzung Direkte Sonnennutzungssysteme besitzen im Allgemeinen eine Glasfront in Südrichtung und viel Isoliermasse in den Räumen zwischen Wänden, Böden und Dächern. Die geläufigsten Kollektorflächen sind Fenster, Innenhöfe und Dachfenster. Bei diesen Systemen fällt das Sonnenlicht durch die Fenster und die Wärme wird durch die Isoliermasse im Raum eingefangen. Die Temperaturen können bis zu 27 °C erreichen. Die Tabelle 1 zeigt, wie eine Solarkollektorfläche funktioniert. Abbildung 1: Beispiel für eine passive Solarfläche 
Verglasungen spielen normalerweise eine vorrangige Rolle, wenn Energieeinspaarungen erzielt werden sollen. Je nach Art und Dicke des ausgewählten Glases können sogar über 50% bei der Raumheizung gespart werden. In südgerichteten Gebäuden mit einer Oberflächenverglasung von 60% liegen die Einsparungen durch direkte Sonnennutzung je nach Isolationsmaterial zwischen 15% und 40%. Eine solche Glasfläche erhöht den Klimatisierungsbedarf im Sommer jedoch um 55%. Daher sind Dachvorsprünge und Laubbäume um das Haus herum so wichtig. Sie spenden im Sommer Schatten und im Winter machen sie die Sonnennutzung möglich. Sehr wichtig ist es auch, dass Kreuzlüftung erleichtert wird (noch wichtiger als die Wärmeisolierung), wenn man die Anwendung einer Klimaanlage im Sommer vermeiden möchte. Die Farbe der Kollektorenfläche hat sehr viel Einfluss auf das Endergebnis. Schwarz ist die Farbe, die am besten für den Sonnenfang geeignet ist, während weiß die schlechteste ist. Die Isoliermasse sollte aus dichten und schweren Materialien bestehen, damit die Wärme auch bei Fehlen von direktem Sonnenlicht zurückgehalten wird. Zur Wärmeakkumulation sollten die Böden 5 bis 15 cm und die vertikalen Wände 5 bis 10 cm dick sein. Passive Elemente zur direkten Sonnennutzung reagieren sehr schnell auf die Sonne, was sie für Häuser empfehlenswert macht, die morgens genutzt werden wie z.B. Schulen. Die für Zusatzbauarbeiten erforderlichen Kosten sind im Allgemeinen gering. Passive Solarsysteme: Indirekte Sonnennutzung Zur indirekten Sonnennutzung werden die gleichen Materialien und Entwurfsprinzipien verwendet wie bei direkten Solarsystemen, aber die Isoliermasse wird zwischen der Sonne und dem Raum, der beheizt werden soll, platziert. Mit den passiven Elementen zur indirekten Sonnennutzung können Temperaturen bis 70 °C erreicht werden (zur Erinnerung: mit direkten Solarsystemen können 27 °C erreicht werden). Diese Systeme sind daher ausgezeichnete Energiespeicherflächen. Die hohen Temperaturen werden langsam erreicht und sinken nur allmählich wieder ab, wodurch sie besonders für Gebäude geeignet sind, die vorwiegend abends und nachts genutzt werden. Die Wärmeverzögerung liegt zwischen 6 und 8 Stunden. Diese Systeme benötigen im Vergleich zu den direkten Solarnutzungssystemen 50-90% mehr Isoliermasse. Während des Sommers helfen Dachgesimse eine Überhitzung zu vermeiden. Diese Systeme wirken sich auf die Gesamtstruktur des Gebäudes aus; daher sind sie für vorentworfene Häuser geeignet. Die gebräuchlisten Systeme sind: Wärmewände mit Luftvorheizung, Trombe-Wände, Massivwände, Kollektoren und Massivfüllungen Wärmewände mit Luftvorheizung: Kalte Luft zieht durch eine Lüftungsöffnung unten am Fenster zum Raum zwischen Wand und Fenster. Diese Luft wird vorgeheizt und strömt in den Raum zurück. Für eine höhere Effizienz sollten die Wände dunkel sein, um die Sonne besser auffangen zu können. Zusätzlich zur Warmluft wird auch durch die Leitfähigkeit der Wand Wärme abgegeben. Wärmewände haben normalerweise eine Dicke von 20-25 cm. Der Raum zwischen Wand und Glas ist 5-15 cm groß. Das Verhältnis zwischen gesamtem Wandbereich und Belüftungsbereich beträgt für gewöhnlich 0,01. Trombe-Wände: Das Funktionsprinzip der Trombe-Wände ähnelt dem der Wärmewände mit vorgeheizter Luft, aber ohne Lüftungsöffnung. In diesem Fall befinden sich die Lüftungsöffnungen ganz unten und oben in der Wand. Die Strahlung wird gesammelt, zwischen dem Fenster und der Isoliermasse gespeichert und heizt die Luft auf, die durch die Lüftungsöffnungen oben in der Wand in den Raum zurückströmt, der beheizt werden soll. Sie wird durch die abgekühlte Luft ersetzt, die von den Lüftungsöffnungen unten in der Wand kommt. Die Isoliermasse absorbiert und speichert weiter Wärme, um sie dann in den Raum zurückzustrahlen, wenn die Sonne untergegangen ist. In die Lüftungen können Luftklappen eingebaut werden, die warme Luft daran hindern, nachts durch die Öffnungen zu strömen. Abbildung 2: Funktionsprinzip von Trombe-Wänden 
Massivwände: Bei diesen Systemen handelt es sich um eine Art Trombe-Wand ohne jede Lüftungsöffnung. Die Raumwärme wird durch die Leitfähigkeit der Wände erzeugt. Kollektoren und Massivfüllungen: Die aus einer Glasfläche bestehende Kollektorvorrichtung absorbiert die Sonnenstrahlung und erzeugt den Treibhauseffekt. Die Wärme in den Kollektoren wird dann durch Schächte und Lüftungen in das Haus geleitet. Massivfüllungen sind Systeme mit sehr hoher Energiespeicherkapazität. Sie speichern Sonnenenergie und wärmen so die durch die zirkulierende Luft auf. Diese Warmluft strömt daraufhin in den Raum zurück, der beheizt werden soll. Massivfüllungen können auch zur Klimatisierung eingesetzt werden. Abbildung 3 zeigt das Funktionsprinzip von Kollektoren und Massivfüllungen. Abbildung 3: Funktionsprinzip von Kollektoren und Massivfüllungen
Abgeschlossene Systeme: Sonnenräume und Atrien Sonnenräume in Wohnhäusern und Atrien in größeren Gebäuden sind architektonisch äußerst attraktive Zusatzräume. In bestimmten Klimazonen können sie außerdem zu akzeptablen Kosten Schutz vor unangenehmen Klimaphänomenen bieten. Diese Systeme funktionieren mit einer Kombination von direkten und indirekten Nutzungstechniken. Sie bestehen aus einer großen Verglasung, die eine zwischen der Außenwand des Gebäudes und der Glasfläche gelegene Isoliermasse bedeckt (größer als die der Trombe-Wände). Das Funktionsprinzip ähnelt dem der Trombe-Wände. Im Sommer sollten die Sonnenräume durch Dachvorsprünge, Bäume oder Schatten spendende Elemente abgedeckt sein, da die Temperaturen sonst unerträglich sind. Der Aufheizungseffekt kann auch durch Lüftungen in der Verglasung gemildert werden, durch die die Luft zirkulieren kann. Böden und Wände dienen in diesem Fall als Wärmespeicherflächen. Je nach dem verfügbaren Raum und dem Design des Gebäudes stehen verschiedene Atrientypen zur Auswahl. Die Sonnenhöfe können direkt an das Haus anschließen, eine frei stehende Struktur darstellen oder als Fenster, Innenhöfe oder als Galerie in das Gebäude integriert sein. Abbildung 4 zeigt das Funktionsprinzip von Sonnenräumen. Abbildung 4: Funktionsprinzip von Atrien und Sonnenräumen. 
Das Verhältnis zwischen Glas- und Bodenfläche sollte zwischen 0,1 und 0,5 betragen. Wenn das Gebäude richtig orientiert ist, d.h. in Südrichtung, siedelt sich das Verhältnis zwischen 0,6 und 1,6 an. Im Winter beträgt die Durchschnittstemperatur im Sonnenraum nachts 5 bis 16 °C und tagsüber um die 30 °C. An Sommertagen belaufen sich die nächtlichen Temperaturen auf 15 bis 25 °C und zur Tageszeit herrschen bis zu mehr als 35 °C. Wenn die Verglasung keine Belüftungsöffnungen enthalten würde, könnten die Temperaturen an Sommertagen leicht 50 °C überschreiten. |
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