Unter einem Passivhaus wird ein Gebäude verstanden, das aufgrund konsequenter Vermeidung von Wärmeverlusten einen so geringen Energiebedarf hat, dass in der Regel keine klassische, wassergeführte Gebäudeheizung benötigt wird. Dies wird erreicht durch einen guten Wärmeschutz, die Vermeidung von Wärmebrücken und eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung.
Die Häuser werden „passiv“ genannt, weil der überwiegende Teil des Wärmebedarfs aus „passiven“ Quellen wie Sonneneinstrahlung und Abwärme von Personen und technischen Geräten gedeckt wird. Das Ergebnis ist ein niedriger Energieverbrauch. Dabei ist das Passivhaus keine neue Bauweise, sondern ein Baustandard, der Anforderungen bezüglich Architektur, Technik und Ökologie festlegt und nicht auf einen bestimmten Gebäudetyp beschränkt ist. Es ist auch durch Umbauten und Sanierungen möglich, diesen Standard zu erreichen.
mini|Schiestlhaus, Hochschwab, , Treberspurg und Partner 2004/05 – erstes hochalpines Passivhaus
Anforderungen Das Passivhaus darf laut den Zertifizierungskriterien des Passivhausinstituts Darmstadt einen Heizwärmebedarf von 15 Kilowattstunden (Energiegehalt von etwa 1,5 Liter Heizöl) pro Quadratmeter in einem Jahr nicht übersteigen. Die maximal zulässige Heizlast beträgt in der Auslegung 10 W/m² und muss unter allen Witterungsverhältnissen auch in der Winterzeit an ungünstigen Tagen über die Zuluft einbringbar sein. Weiterhin ist ein Passivhaus durch Grenzwerte im Bereich des Primärenergiebedarfs von 120 kWh/(m²·a), der Luftdichtheit und der minimal erforderlichen Wirkungsgrade für die installierten Geräte definiert.
Passivhausbauweise
Funktionsprinzip mini|Schematischer Aufbau Passivhaus Ein typisches Passivhaus verfügt über die in der Abbildung dargestellten Konstruktionsmerkmale. Abweichungen sind an jeder Stelle möglich, solange das Prinzip erhalten bleibt (funktionaler Standard). Das Funktionsprinzip des Passivhauses beruht im Wesentlichen auf der konsequenten Reduktion von Energieverlusten durch Transmission und Lüftung sowie der passiven Nutzung von Wärmequellen.
Beim Passivhaus wird durch den guten Wärmeschutz der Wände, Fenster und des Daches eine überdurchschnittliche Verringerung der Transmissionswärmeverlust durch die Bauteile erreicht. Große Südfenster fangen dabei im Winter viel Sonnenenergie passiv ein. Die Lüftungsanlage und eine möglichst luftdichte Gebäudehülle vermindert ebenfalls einen hohen Wärmeverlust. Zur passiven Energienutzung kann die Frischluft durch einen Erdwärmetauscher vorgewärmt werden.
Mit diesen Bausteinen deckt die Wärme, die Bewohner, Haushaltsgeräte und die Sonne ins Gebäude bringen, bereits einen nennenswerten Teil des winterlichen Energieverlustes.
Wärmedämmung Beim Passivhaus wird durch den guten Wärmeschutz der Wände, Fenster und des Daches eine überdurchschnittliche Verringerung der Transmissionswärmeverlust durch die Bauteile erreicht. Klassische Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) opaker Bauteile von Passivhäusern sind ≤ 0,15 W/(m²·K). Wärmebrücken und Undichtheiten sind (auch bei den Anschlüssen) zu vermeiden.
Fenster mini|Querschnitt durch ein Kunststoff- bzw. Holzfenster für Passivhaus-Anwendungen Die Fenster werden bei mitteleuropäischen Passivhäusern meist dreifach verglast, haben selektive Schichten zu jedem Scheibenzwischenraum und sind mit dem Edelgas Argon (selten Krypton) gefüllt. Obwohl derartige Fenster einen schlechteren Wärmedämmwert (Ug-Wert ca. 0,5–0,7 W/(m²·K)) aufweisen als gut wärmegedämmte Wände, hat ein unverschattetes Südfenster dieser Qualität, auch im Winter, eine positive Energiebilanz durch solare Energiegewinne. Inzwischen gibt es spezielle Fensterkonstruktionen für Passivhäuser, zum Beispiel mit zwei hintereinander liegenden Fensterflügeln, die noch höhere solare Gewinne und bestmöglichen Wärmeschutz garantieren.
Möglichst schmale Rahmen maximieren den Anteil der Glasflächen und optimieren damit den Energieeintrag, u. a. weil der U-Wert einer Dreifachverglasung deutlich besser ist als der des Rahmens. Fensterkonstrukteure sind seit jeher bemüht, schmale Rahmen zu bauen, um auch bei kleinen Fenstern einen hohen Glas-Flächenanteil zu haben. Auch trägt die Art der Einbindung des Fensters in die Wärmeschutzebene (Reduktion von Wärmebrücken bei Planung und Einbau) entscheidend zur Wärmedämmung bei.
Lüftung
Die Gebäudehüllen, insbesondere von Neubauten, sind generell nahezu luftundurchlässig. Infolgedessen ist ausreichender natürlicher Luftaustausch bei geschlossenen Fenstern nicht gegeben. Deshalb werden heute vielfach, und nicht nur bei Passivhäusern, Lüftungsanlagen eingebaut, die für den Abtransport von verbrauchter Luft und Wasserdampf und damit für ein angenehmes Raumklima sorgen. Um die Lüftungswärmeverluste zu begrenzen, benötigen Passivhäuser eine kontrollierte Wohnraumlüftung, in der Regel mit Wärmerückgewinnung. Diese sorgt für den notwendigen Luftaustausch und verringert Energieverluste durch Fensterlüftung. Der Austausch der gesamten Luft im Haus dauert etwa 1 bis 4 Stunden. Dabei sind die Luftvolumenströme so gering, dass weder eine Luftbewegung (Zugluft) noch Geräusche wahrnehmbar sind. Bei höheren Luftwechselraten und bei zu engen Kanälen können Strömungsgeräusche hörbar sein. Die frische, gefilterte und meist vorgewärmte Zuluft wird den Wohn- und Schlafräumen zugeführt, gelangt von dort durch Überstromöffnungen (beispielsweise in bzw. über den Türen oder mittels unterschnittener Türblätter) in die Flure und wird in Küchen, Bädern und WCs wieder abgesaugt. Von dort geht die Abluft durch Kanäle zum Wärmeübertrager und schließlich als Fortluft nach draußen.
Das Herzstück der Lüftungsanlage ist die Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher, meist einem Gegenstromwärmeübertrager. Die Wärme aus der Abluft kann dort zu 80 bis 95 % für die Zuluft zurückgewonnen werden, ohne dass eine Vermischung der Luft stattfindet. Im normalen Betrieb nimmt eine solche Anlage ohne Heizfunktion für ein Einfamilienhaus etwa 40 Watt Leistung auf. Es gibt auch Geräte, welche auch einen Teil der Luftfeuchtigkeit wiedergewinnen können, dabei können zum Beispiel Enthalpiewärmeübertrager oder Rotationswärmeübertrager eingesetzt werden. Der Luftfilter der Lüftungsanlage kann auch gegen einen Pollenluftfilter ausgetauscht werden. Ebenso lassen sich durch den Einbau eines Ionisationsmoduls mit Ionisationsröhre die Luftqualität verbessern und Schadstoffe abbauen.
Heizung Ein großer Teil des Heizwärmebedarfes wird in Passivhäusern von inneren Gewinnen, d. h. die Wärmeabgabe von Personen und Geräten, sowie von den passiven solaren Gewinnen beim Wärmeeintrag über die Fenster gedeckt.
Der dann noch bestehende Restwärmebedarf kann durch beliebige Quellen bereitgestellt werden (z. B. Gasheizung, Fernwärme, Wärmepumpe, Elektrogebäudeheizung, thermische Solaranlage, Pelletofen oder auch durch eine Ölzentralheizung). Das Passivhauskriterium des Passivhaus-Instituts in Darmstadt ist ein theoretischer Heizwärmebedarf von 15 kWh pro Quadratmeter beheizter Wohnfläche und Jahr. Dies entspricht einem Energiebedarf im Raum von ca. 1,5 Litern Heizöl, vor Verlusten durch die Erzeugung und den Transport im Gebäude. Ein solch geringer Heizwärmebedarf kann durch eine Beheizung der Zuluft der Lüftungsanlage gedeckt werden. Regelmäßig kann eine Beheizung über die Zuluft nur eine geringe Heizlast von etwa 10–20 W je m² abdecken. Dies liegt im Wesentlichen an der geringen Wärmekapazität des Mediums Luft und der, je nach Wärmeerzeuger, mehr oder weniger hohen und begrenzten Temperaturspreizung zwischen der Zuluft nach dem Heizregister und der Raumlufttemperatur. Größere Passivhäuser mit geringer Belegungsdichte werden üblicherweise wie herkömmliche Gebäude über statische Heizflächen, nur eben mit geringerer Größe beheizt. Der Bedarf ist jedoch auch wesentlich vom Nutzerverhalten abhängig. Wichtige Einflussfaktoren sind dabei z. B. die gewünschte Raumtemperatur, Verschattung der Fenster und das Lüftungsverhalten (Stoßlüften oder Fenster dauerhaft in Kippstellung). Im Extremfall kann der tatsächliche Wärmebedarf bei einem Vielfachen des optimal Möglichen liegen.
Bei kleineren Passivhäusern können so genannte Kompaktgeräte zum Einsatz kommen, in denen eine kontrollierte Wohnraumlüftung, Warmwasserbereitung, eine Mini-Wärmepumpe und Elektrozusatzheizung integriert sind und keine klassische Gebäudeheizung darstellen. Andererseits bieten „konventionelle“ Anlagen aus Wärmeerzeuger und getrennter Lüftung nicht nur Kosten- und Effizienzvorteile: Bei Gerätefehlern oder aufgrund technischen Fortschritts können Komponenten der Anlage erneuert werden; bei der Wahl von Einzelgeräten können die jeweiligen Rahmenbedingungen eines Bauvorhabens berücksichtigt werden.
Schimmelschutz Wie bei den meisten modernen Gebäuden weisen Passivhäuser eine deutlich geringere Anfälligkeit für Schimmelbildung auf als ältere Gebäude. Die Lüftungsanlage sorgt dafür, dass kurzzeitig hohe Feuchteeinträge abgelüftet werden. Der gute Wärmeschutz und die Vermeidung von Wärmebrücken sorgen für warme Oberflächen. Damit wird die Zeit hoher Luftfeuchtigkeit und das Risiko für Kondenswasser drastisch reduziert, wodurch Schimmel keine Grundlage hat.
Wohngefühl Konstante Innentemperatur Die Innentemperatur ändert sich nur sehr langsam, sowohl über das Jahr gesehen als auch über einen Tag – bei ausgeschalteter Heizung sinkt sie im Passivhaus auch an kalten sonnenlosen Tagen um weniger als 0,5 K am Tag. Alle Wände und Böden haben nahezu dieselbe Temperatur, dies gilt ebenfalls für den Keller, wenn er innerhalb der thermischen Hülle liegt. Lediglich die Fenster dürfen um maximal 3,5 K kälter sein.
Im Sommer sorgen die Wärmedämmung und ein möglicherweise vorhandener Erdwärmeübertrager dafür, dass das Gebäude angenehm kühl bleibt und (zumindest in Mitteleuropa) keine Klimaanlage erforderlich ist, sofern der Wärmeeintrag aus direkter Sonneneinstrahlung auf Fenster und offenstehende Türen und Fenster begrenzt bleibt. Das gilt auch für Bürogebäude und Schulgebäude im Passivhausstandard (Quelle: Arbeitskreisbände Sommerklima und Passivhaus-Schulen).
Manche Menschen empfinden beispielsweise im Schlafzimmer eine etwas kühlere oder im Bad etwas wärmere Temperatur als komfortabel. Die Innentemperatur gleicht sich ohne hohe Wärmeverluste im Passivhaus in der Regel zwischen den Innenräumen stark an. Eine Zonierung ist nur begrenzt möglich.
Luftqualität Die kontrollierte Wohnraumlüftung eines Passivhauses sorgt mithilfe von Luftfiltern für eine bessere Luftqualität der Raumluft im Vergleich mit der Außenluft. Sie kann mit elektrischen Heizregistern oder Luft-Luft-Wärmepumpen die Funktion der Heizung übernehmen, wenn die maximale Heizlast in allen Fällen während der Lebensdauer des Hauses unter 10 W/m² bleibt. Ein schnelles Aufheizen ist mit einer alleinigen Heizung über kontrollierte Wohnraumlüftung wegen der aus Komfortgründen geringen Luftwechselrate von 0,4/h bis 1,0/h nicht möglich. Zusätzliches Lüften ist immer möglich, aber im Grunde nicht notwendig.
Die in manchen Fällen berichtete niedrigere relative Luftfeuchte besonders in Kälteperioden im Winter kann durch eine Reduzierung der Luftwechselrate angehoben werden, was aber der Heizungsfunktion entgegenwirkt, wenn ausschließlich über Frischluft geheizt wird. Es werden auch Geräte mit einer integrierten Feuchterückgewinnung angeboten.
Ökologie