Projektbericht: Das Hofer Sonnenhaus

Das Hofer Sonnenhaus in seiner unverwechselbaren SO-Ansicht. Foto: U.Fickenscher/FeigFotodesign

Bei kaum einen anderem Gebäude wurde der Sonnenhaus-Ansatz bisher kreativer und konsequenter umgesetzt, als beim „Hofer Sonnenhaus“, das unser langjähriges Mitglied Architekt Uwe Fickenscher als Wohnhaus und Büro für eigene Zwecke geplant und errichtet hat. Die Zeitschrift Bauen+ des Fraunhofer IRB präsentiert das Objekt ausführlich in seiner September-Ausgabe. Der hier folgende Bericht ist auch in der neuesten Printausgabe von bauenplus nachzulesen:

Das von Uwe Fickenscher entwickelte Sonnenhaus im oberfränkischen Hof ist ein Green-Building-Projekt mit einem zukunftsweisenden Energie- und Baukonzept, bei dem die Speicherung von Solarenergie eine Hauptrolle spielt. Die Kombination aus Gebäudehülle und Wärmedämmung aus Naturbaustoffen mit einer auf Solarenergie und wenig Biomasse basierenden Energieversorgung führt zu einem niedrigen Primärenergiebedarf von nur 7,7 kWh/m² pro Jahr. Energiegewinnungsanlagen und Energiespeicher sind integraler Bestandteil des Gebäudes und führen zu einer außergewöhnlichen und zukunftsweisenden Architektur und Formensprache. Die Architektur verkörpert das Solar-Energie-Konzept. Sie wirbt und informiert ganz selbstverständlich durch ihre Erscheinung für eine neue Zeit des solaren Bauens: Form Follows Energy.

Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich der Hofer Architekt, Stadtplaner und Energieberater Uwe Fickenscher mit nachhaltigem und energieeffizientem Bauen in einem bezahlbaren Rahmen. 2010 plante sein Büro das erste Sonnenhaus in Oberfranken.
2015 baute er auf einer Industriebrache in Hof an der Saale ein eigenes Wohnhaus mit Architekturbüro. Das sogenannte »Hofer Sonnenhaus«. Es ist das erste Gebäude der Stadt, das im Sonnenhaus-Energiekonzept entstand, und demonstriert einen ganzheitlichen Ansatz in puncto Energieversorgung, Architektur und Nachhaltigkeit, der beeindruckt.

Will man am Standort Hochfranken ein hochgradig energieautarkes Sonnenhaus bauen, ist es unbedingt Voraussetzung, alle notwendigen Komponenten sehr sorgfältig zu planen, zu berechnen und auszulegen, denn die regionalen Mittelgebirgsklimadaten weisen einen überdurchschnittlichen Solarstrahlungsangebot im Winter auf.
Aus architektonischer Sicht stellen zwei raumgreifende Elemente bei jedem Sonnenhausprojekt hohe Anforderungen bei der Integration in Grundkonzept und Gestaltung: die Solarthermieanlage sowie der Solarwärmespeicher. Betrachtet man sich einige, insbesondere frühe Sonnenhäuser, so ist erkennbar, dass ihre Planer stets Wert auf energetisch hohe Ausbeute legten, aber die Zusammenführung von Technik und Gestaltung formal nicht immer optimal gelungen war. Mit der Anforderung, auch größere Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen in ein Gebäude zu integrieren, mögen einige Architekten mittlerweile vertraut sein. Für große Schichtspeicher gilt das sicher nicht.
Uwe Fickenscher beschäftigt sich seit vielen Jahren intensiv mit der Zusammenführung zu einem organischen Ergebnis. In einem Interview, das im Dezember 2020 veröffentlicht wurde, fasste er seine Haltung in einem durchaus bemerkenswerten Statement zusammen:

»Wenn man sich auf den Gedanken einlässt, dass die Solararchitektur für das 21. Jahrhundert das sein muss, was die Architektur des Bauhauses für das vergangene war, dann muss man konsequent daran arbeiten, dass Solaranlagen in der Architektur zum Normalfall werden.«

Sein anderes „Gesicht“ zeigt das Haus zum Fluss Saale hin. Foto: U.Fickenscher/FeigFotodesign

Form follows Energy

Betrachten wir nun die konkrete Umsetzung des Hofer Sonnenhauses. Grundsatz bei der Planung ist die Idee, dass Gebäude die Energie, die sie brauchen, zu einem möglichst großen Teil selber erzeugen sollten, um Versorgungsnetze zu entlasten, und möglichst positiv zu den Aufgaben einer klimafreundlichen Energiewende beizutragen. In seiner äußeren Erscheinung ist das Gebäude mit seinem T-förmigen Grundriss zunächst vielschichtig und spannungsvoll und dabei doch harmonisch aufgebaut. Die differenzierte Kubatur wird dem Betrachter erst allmählich bewusst, was für eine gute Umsetzung einer komplexen Bauaufgabe spricht.

Solaranlage

Die Südostansicht ist dominiert von dem lang gestreckten ruhigen Satteldach. Das Dachgeschoss beherbergt eine loftartige Wohneinheit – den »Solardachboden«. Die Konstruktionsdetailarbeit führte zu der selbstbewussten und prägnanten Erscheinung eines Solardachs, das einen wesentlichen Teil der Architektur des Gebäudes ausmacht.

Die Solaranlage ist als Großkollektorfeld modular aufgebaut und mit einem Modulraster von 1 x 1 m vollkommen in den Dachaufbau integriert. Dabei führt die 64° steile Dachneigung zu relativ niedrigen Erträgen im Sommer, was beabsichtigt ist, um Stillstand (Stagnation) der Anlage und sommerliche Überhitzung zu vermeiden. Dagegen optimiert die Neigung den Solarertrag für die Heizperiode. Durch ideale Ausrichtung nach Süden fängt der Bau im Winter reichlich Strahlung der tief stehenden Sonne ein und wandelt sie in nutzbare Wärme um. »Die Formgebung folgt hier dem Energiekonzept«, betont Uwe Fickenscher.
Ganz nebenbei, aber nicht ohne Stolz, erweckte Fickenscher damit eine traditionelle Bauweise zu neuem Leben: »Endlich gab es wieder einen Grund, ein stolzes fränkisches Sparrendach in die Landschaft zu setzen.«

Das abgesetzte Erdgeschoss darunter scheint mit der ungewöhnlichen grasbewachsenen Anböschung im Osten geradezu aus dem Erdboden gewachsen zu sein. Hier befindet sich das Architekturbüro,  dessen ausgeglichenes Raumklima ganzjährig von der Holzbauweise und dem Gründach profitiert. In seiner hohen Individualität äußert der Bau aus dieser Perspektive eine leicht futuristische Anmutung, ohne provozierend zu wirken, verbunden mit einer angenehm organischen Ausstrahlung des Ganzen.
Ein Wohnbereich mit zwei Wohneinheiten liegt im Westen, wo nur wenige Meter entfernt der idyllische Fluss Saale vorbeizieht. Zum Fluss hin zeigt das Haus überraschenderweise ein Gesicht in der Tradition der klassischen Moderne und beschreibt damit die Vielfalt der Möglichkeiten in der Solararchitektur bis hin zu »anything goes«.

Speicher

Zweites Kernelement eines Sonnenhauses ist der Wärmespeicher. Angesichts einer beheizten Nettogrundfläche von rund 540 Quadratmetern wurde dieser entsprechend groß dimensioniert: ein
40.000 Liter Wasser fassender Stahltank mit innen liegenden Wärmetauschern, die in einer dreistufigen Beladung die Wärmeenergie vom Kollektorfeld in den Speicher eintragen. In der Übergangszeit vor der Heizperiode wird der Speicher »durchgeladen«. Das Heizungs-pufferwasser wird auf 90 bis 95 °C erwärmt und die dadurch zur Verfügung stehende Energie kann dann zum Heizen verwendet werden.
Der Wohnhausteil des Hofer Sonnenhauses ist um diesen zentralen Speicherturm herumgebaut. Zur Ablesbarkeit des Energiekonzepts trägt der aus der Kubatur herausragende Speicherturm selbstbewusst bei. Ein zylindrischer Ringkranz bildet den oberen baulichen Abschluss des Speichers mit seinen 8,50 Metern Höhe und 2,50 Metern Durchmesser. Die oberste und damit wärmste Zone des Schichtenspeichers wurde aus dem Gebäude herausgeführt, um sommerliche Überwärmung der Wohnräume zu vermeiden.
Gleichzeitig ist diese Zone besonders gut wärmegedämmt. Die Ummantelung des Pufferspeichers wurde mit einer Ummauerung aus schweren Ziegelsteinen hergestellt, die wiederum selber als Wärmespeicher dienen.

Wärmeverteilung

Alle Heizflächen sind auf Niedrigsttemperatur ausgelegt. Fußboden- und Wandheizungen werden über Fünf-Wege-Mischer bedient. Die Regelung erfolgt abhängig von Außen-und Raumtemperatur sowie einem Abgleich von Vor- und Rücklaufspreizung und ist damit sehr einfach aufgebaut.
Die Raumtemperaturregelung erfolgt ebenfalls sehr funktional über den hydraulischen Abgleich und Durchflussmengen-Stellventile. Ein Teil der Wärmespeicherung erfolgt über Betonkernaktivierung. Das Hofer Sonnenhaus ist auf einem 50 bis 60 cm dicken Dämmpolster aus Glasschaumschotter, einem Recyclingmaterial aus Altglas, gebettet.

Die 30 cm starke Stahlbetonbodenplatte im Bürobereich wird durch eine Industriefußbodenheizung temperiert. Das Büro wird ausschließlich über diese Betonkernaktivierung beheizt. Vier Ausdehnungsgefäße mit einem Fassungsvermögen von jeweils 1.000 Liter stellen die erforderliche Größe, um den Heizungspufferspeicher unter gleichbleibendem Druck zu halten. Auch der Druckausgleich für den Solarkreislauf ist mit 300 Litern passend zur Anlage bemessen.

Restwärmebedarf

Um auch für sonnenarme und sehr lange und kalte Winter gerüstet zu sein, gibt es einen kleinen Zusatzheizkessel, der komfortabel und klimaschonend Holzpellets als nachwachsenden Brennstoff verarbeitet. Der restliche Wärmebedarf wird also durch den Brennstoff Holz klimaneutral bereitgestellt. Damit wäre auch das dritte Kernelement einer klassischen Sonnenhaus-Heizung genannt.

Im Ergebnis steht das nahezu 100 Prozent CO2-neutrale Energiekonzept »Sonnenhaus« hier für ca. 85 Prozent solare Deckung bei der ganzjährigen Beheizung und Warmwasserversorgung im Gebäude. Die ersten Betriebsjahre haben die berechneten Werte auch in der Praxis bewiesen. Auch wenn die angepeilten 90 Prozent noch nicht ganz erreicht wurden, ein großartiger Wert.

Strombedarf und Photovoltaik

Nachdem über die ersten Betriebsjahre Lastprofile für den tatsächlichen Verbrauch von elektrischer Energie aufgenommen wurden, wird aktuell passend zum Eigenbedarf an einer Kleinwindkraftanlage und einer Photovoltaikanlage geplant.
Der gewonnene Strom soll dabei gespeichert und damit optimiert selbst verbraucht werden. Das Hofer Sonnenhaus wird dadurch ab 2023/24 zum Plusenergiegebäude mit Elektromobilität werden.

Bauausführung und Haustechnik

Ein Gebäude als Sonnenhaus mit hoher solarer Deckung in Nordbayern zu errichten, setzt voraus, dass es sehr gut wärmegedämmt ist und der Wärmebedarf besonders niedrig gehalten wird. Wer erwartet, dass das Konzept nur mit einem extrem hohen technischen und finanziellen Investitionsstandard
ermöglicht wurde, wird überrascht sein. Bemerkenswerterweise realisiert das Haus energetische Spitzenwerte, obwohl der Architekt und Bauherr bewusst auf kostentreibende (und nicht nachhaltige) Elemente verzichtet hat:

  • keine überzogenen Dämmstandards
  • keine kontrollierte, mechanische Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung
  • kein extensiver Einsatz von elektrischer (anlagentechnischer Betriebs-) Energie

Die Gebäudehülle hat im Mittel einen Transmissionswärmeverlust von nur 0,24 W/(m2K). Das ist deutlich weniger als der zulässige Wert nach dem Gebäudeenergiegesetz (GEG). Dies konnte in einem sehr wirtschaftlichen Rahmen durch ein abgestimmtes Bauteilkonzept auf der Basis von Naturbaustoffen
erreicht werden. Monolithische Ultra-Leicht-Ziegelwände ohne zusätzliche Wärmedämmung (U-Wert von
0,18 W/(m2K)) werden ergänzt durch strohballengedämmte Außenwände und Dachaufbauten mit Zellulosedämmung (U-Werte von 0,12 W/(m2K) bis 0,14 W/(m2K)).
Auf eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sollte aus Überzeugung konsequent verzichtet werden, was auf den langjährigen Erfahrungen des Architekten gründet. Die Lüftung der Wohn- und Arbeitsräume wird über Fensterlüftung gewährleistet, die über CO2- und Feuchtigkeitsmelder angeregt
wird. Ein sehr einfaches und funktionelles System. Für die Anlagentechnik wurde eine hohe Wirtschaftlichkeit bei Amortisationszeiten von ca. 12 bis 15 Jahren angepeilt.

Bei der Wahl der Baustoffe war es Fickenschers Ziel, die Recyclingfähigkeit seiner Konstruktionen im Sinne geschlossener Stoffkreisläufe zu gewährleisten. Realisiert wurde dies durch weitestgehende Vermeidung von Verbundbauweisen, durch Demontierbarkeit und einfacher Rückbaubarkeit als Bauprinzip.

Der Einsatz von Naturbaustoffen, wie Holz, Ziegel, Lehmsteine, Lehmbauplatten, Lehm- und Kalkputz sowie Stroh und Zellulose führt zu einem einzigartigen Raumklima, zu einem hervorragenden sommerlichen Wärmeschutz und zu einer ausgeglichen Raumluftfeuchte. Schaumstoffdämmung und »Vollwärmeschutzsysteme« waren absolutes »No Go«, um die Bedürfnisse künftiger Generationen
durch Vermeidung von Entsorgungsproblemen und eine flexible Nachnutzbarkeit der Immobilie zu berücksichtigen.
Insgesamt lag der Fokus auf dem Einsatz von materialoptimierten statischen Holzbauelementen (Schottenbauweise, fränkische Sparrendachbauweise, Einsatz von Massivholztafelkonstruktionen,
innovative Fügetechniken).

Öffentliche Beachtung

Neben zahlreichen Einladungen zu Werkberichten und mehreren Auszeichnungen in Deutschland, erhielt das außergewöhnliche Projekt auch international viel Interesse und Anerkennung. Auf Initiative des bayerischen Wirtschaftsministeriums war das Hofer Sonnenhaus im Rahmen einer  Multimediapräsentation im deutschen Pavillon zum Thema »Future Energy« auf der Expo-Weltausstellung 2017 in Kasachstans Hauptstadt Astana vertreten.
Das zog eine Welle von Besichtigungen vor Ort nach sich: In den ersten fünf Jahren fanden rund 30 Besuchergruppen, darunter Delegationen aus Usbekistan, Brasilien, Mosambik, Nigeria, Angola und alleine sechs Gruppen aus der Mongolei den Weg nach Hof.
Was in »Bayerisch Sibirien« geht, so das Fazit, geht auch an anderen Klimastandorten. Zehn verschiedene Sonnenhäuser hat das Büro bisher geplant und realisiert. Sogar Folgeprojekte im mongolischen Ulan-Bator, der kältesten Hauptstadt der Welt, sind in Aussicht, nachdem Uwe Fickenscher dort 2018 zusammen mit Partnern ein Seminar für Solararchitektur organisiert hat.

Pressebericht 16.09.2021

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