Direkt zum Inhalt
Zum Ende des Inhalts
Zur Service-Navigation
Zur Suche
Zur Hauptnavigation
Zur Anmeldung/Registrierung

Homepage > Aktivitäten > Ökologie > Bauen und Wohnen > Mein Haus, mein Planet und ich! > Wissenschaftliche Hintergründe

Mein Haus, mein Planet und ich! – wissenschaftliche Hintergründe

Autor/inn/en:
Publikation: 13.1.2012
Lernstufe: 3
Herkunft: La main à la pâte, Paris
Bewertung:
5 (1 Bewertung)

Inhalt



Zur Wissenschaft gehören Fakten wie Backsteine zum Hausbau, aber eine Anhäufung von Fakten ist genauso wenig Wissenschaft, wie ein Haufen Backsteine ein Haus ist.

Henri Poincaré [1]   

Die demografische Herausforderung

Die Öffentlichkeit hat mittlerweile mehr oder weniger begriffen, welche Probleme der Klimawandel mit sich bringt. Eine andere Herausforderung ist vielleicht weniger ins Bewusstsein gedrungen: das Bevölkerungswachstum.

Jeden Tag wächst die Weltbevölkerung um etwa 220 000 Menschen, jedes Jahr um etwa 80 Millionen – also um ungefähr die Anzahl der Einwohner Deutsch­lands [2]. Ungefähr im Okto­ber 2011 wurde der siebenmilliardste Mensch geboren. 2050 wird die Erde wahrscheinlich über 9 Milliarden Bewohner zählen. Vor allem in Afrika (dort wird sich zwischen 2013 und 2050 die Bevölkerung mehr als verdoppeln [2]) und allgemein in den Entwick­lungsländern ist das Bevölke­rungswachstum gegenwärtig enorm.

Die wirtschaftliche Entwicklung lässt die Zunahme von "konsumorientierten Mittelschich­ten" erwarten. Der Bedarf an Nahrungsmitteln, der Druck auf den Abbau natürlicher Res­sourcen, besonders des Süßwassers und der fossilen Brennstoffe, werden zunehmen – und folglich werden sich die vorherrschenden Vorstellungen von Bauen, Wohnen und Stadt zweifelsohne ändern müssen. Es wird in Zukunft immer mehr um einen sparsamen Energie­verbrauch, um den Schutz der Wasserreserven, und um die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Abfall gehen.

Baumaterialien und Bautechniken

Will man die Auswirkungen des Hausbaus auf die Umwelt verringern, muss man, wie wir sehen werden, vor allem auf die Wahl der Baumaterialien achten: Nicht alle sind geeignet – ganz im Gegenteil!

Die Ökobilanz von Beton

Beton ist bei weitem der in Europa am häufigsten verwendete Baustoff. Das ist noch nicht allzu lange der Fall. Seine allgemeine Verbreitung datiert aus der Nachkriegszeit, als unzählige Wohnungen neu errichtet werden mussten, und das möglichst billig. Beton ist der ideale Baustoff: Die Rohstoffe sind billig, Herstellung und Verarbeitung bedürfen keiner besonderen Fachkenntnisse.

Seine mechanische Festigkeit ist groß und die Art der Verwendung sehr flexibel. Man kann Beton gießen, und ihn damit in die gewünschte Form bringen, oder bereits vor­gefertigte Betonblöcke zum Bauen verwenden.

Ökologisch gesehen ist Beton jedoch kein guter Baustoff:

Angesichts des enormen Betonverbrauchs weltweit – über eine Tonne Beton pro Kopf und Jahr [4] – und in Erwartung einer weiteren Steigerung (heute kommt auf jeden Chinesen nur ein Drittel des Verbrauchs eines Europäers), scheint die Suche nach Alternativen zwingend. Die Kohlenstoffdioxidbilanz von Zement muss verbessert werden, als Zuschlagstoff kann zum Beispiel wieder­aufbereitetes Granulat eingesetzt werden. Oder man setzt gleich geeignetere Baustoffe ein: In den westlichen Ländern erleben Holzhäuser und Lehmbauten seit etwa zwanzig Jahren eine Renaissance, nachdem sie ein Jahrhundert lang im Neubau keine Rolle gespielt hatten.

Bauen mit Lehm

Ungebrannter Lehm ist einer der am häufigsten verwendeten Baustoffe, und das seit 10 000 Jahren. Ob Monumentalbauten (Alhambra, die Chinesische Mauer, ...), Kultstätten, individuelle oder kollektive Wohnbauten – die Lehm­bauweise ist auf allen Erdteilen vertre­ten. Auch heute noch lebt ein Drittel der Weltbevölkerung in Lehmhäusern.

Lehm – ein natürlicher Beton

Foto: Ein Haufen lehmiger Erde

Abb. 1: Lehmige Erde für Stampflehm (Pisé-Bauweise)

"Beton" ist eine allgemeine Bezeichnung für einen Baustoff, der aus körnigem Material (Sand, Kies, ...) und einem Bindemittel (Zement, Ton, Wasser, ...) besteht. Lehm, ein Gemisch aus Sand, Schluff und Ton (Lehm kann auch Steine und Kies in geringen Mengen enthalten), ist so etwas wie ein natürlicher Beton, in dem der Ton die Rolle des "Zements" spielt. Es handelt sich um einen sehr kompakten Baustoff, denn seine kleinen und kleinsten Körner füllen jeden Zwischenraum. Der Zusammenhalt wird nicht nur durch Kontakt und Reibung unter den Körnern sondern auch durch Kapillarkräfte gewährleistet: Wasser bildet "Brücken" zwischen den Körnern und dient auf diese Weise als Kleber. Kapillarkräfte sind besonders wirksam in kleinsten Bereichen, daher ist Ton, der aus winzigen Körnchen besteht, so wichtig. Darüber hinaus sind die Tonteilchen elektrisch geladen, was ihre Klebekraft noch erhöht: Zu den Kapillarkräften und der Reibung treten elektrostatische Kräfte hinzu.

Foto: Steine, Kies, Sand, Schluff und Ton

Abb. 2: Von links nach rechts: Steine (ø 20–200 mm), Kies (ø 2–20 mm), Sand (ø 0,006–2 mm), Schluff (ø 0,002–0,006 mm), Ton (< 0,002 mm)

Unterschiedliche Techniken

Adobe – vorgeformte Lehmziegel

Zur Herstellung von Lehmziegeln aus ungebranntem Lehm benötigt man ledig­lich eine rechteckige Form aus Holz und Lehm, der möglichst frei von Steinen sein sollte. Lehm lässt sich leicht von Hand bearbeiten. Nach ein paar Tagen sind die Ziegel trocken und können mit Tonerde, die als Mörtel dient, ver­mauert werden. Das schnelle und preiswerte Verfahren eignet sich für jede Art von Architektur: Mauern, Säulen, Gewölbe, Kuppeln, ...

Foto der Stadt Schibam

Abb. 3: Schibam ist eine zum Weltkulturerbe der UNESCO gehörende Stadt im Jemen. Sämtliche Häuser, die meisten mehr­stöckig, sind aus Lehmziegeln gebaut. Die ältesten Gebäude stammen aus dem 16. Jahrhundert. (Quelle: Jialiang Gao/Wikimedia Commons)

Die Strohlehm-Bauweise – ein Stroh-Lehm-Gemisch

Die in vielen Gegenden Europas verbreitete Strohlehm-Bauweise besteht darin, ein Fachwerk (aus Holz) mit einer Mischung aus Stroh und Lehm zu füllen.

Foto: Fachwerkhaus mit Strohlehm

Abb. 4: Gasthaus im mittelalterlichen Stadtzentrum von Vitré, Bretagne, Frankreich
(Foto und ©: David Wilgenbus)

Die Stampflehm-Bauweise – festgestampfter Lehm

Bei der Stampflehm-Bauweise wird steiniger Lehm in dünnen Schichten in eine Schalung eingebracht und jede Schicht mit einem Stampfer oder einem Press­luftrüttler festge­stampft. Bei diesem Verfahren muss das Mauerwerk nicht erst trocknen, man kann die Schalung sofort abnehmen, wenn alles festgestampft ist: Die Mauer steht!

Das ästhetisch sehr ansprechende Ergebnis mit den charakteristischen waage­rechten Streifen wird von Architekten heutzutage wieder sehr geschätzt (ins­besondere für den Innenausbau).

Foto: Haus in Stampflehmbauweise

Abb. 5: Haus in Stampflehmbauweise (Foto und ©: Antoine Narcy)

Ein paar Gründe, warum Lehm Beton vorzuziehen ist

Lehm ist in Mitteleuropa fast überall vorhanden [5], er muss weder hergestellt noch umgewandelt und in der Regel auch nicht weit transportiert werden. Außerdem ist er zu 100% wiederverwendbar (Lehm wird wieder zu Lehm). Die Ökobilanz dieser Bauweise ist also sehr gut.

Wände aus Lehm (insbesondere solche aus Stampflehm) haben ein hohes Wärme­speicher­vermögen, so dass hohe Temperaturschwankungen abge­schwächt werden. Lehmbauweisen eignen sich daher besonders für Bauten in heißen Klimazonen.

Das Baumaterial "atmet" – die gute Durchlässigkeit für Wasserdampf verhindert Kon­densation. In kalten Klimazonen müssen Lehmmauern zusätzlich gedämmt werden, zum Beispiel mit Stroh.

Und Backsteine?

Es gibt hochwertige Backsteine, deren Hohlstruktur eine sehr gute Wärme­dämmung auf­weist. Genau wie Lehm sind Backsteine gute Wärmespeicher, und sie sind durchlässig für Wasserdampf. Einziger Nachteil: der Energieverbrauch im Brennofen. Allerdings ist die Kohlenstoffdioxidbilanz längst nicht so negativ wie die der Zementherstellung!

Ein Lochziegel

Abb. 6: Lochziegel (Quelle: Wikimedia Commons)

Bauen mit Holz

Unbestreitbare Vorzüge, was die Umwelt angeht

In den USA und Skandinavien ist der Anteil der Holzhäuser im Allgemeinen sehr hoch. In Deutschland lag der Marktanteil von Holzhäusern bei Neubauten 2013 bei ca. 16%, in der Schweiz bei 11% (2011) und in Österreich lag der Holzbau­anteil im Wohnbau (Bauvorhaben) sogar bei 40% (2008) [6] .

Die Holzbaubranche ist angesichts der guten Eigenschaften des Materials im Begriff kräftig zu wachsen:

Grafik: Entwicklung der Waldfläche in Deutschland

Abb. 7: Entwicklung der Waldfläche in Deutschland (bis 2000 nur Westdeutschland [blaue Kurve], ab 1991 West- und Ostdeutschland zusammen [rote Kurve]) [7]

Grafik: Entwicklung der Waldfläche in Österreich          Grafik: Entwicklung der Waldfläche in der Schweiz

Abb. 7b und 7c: Entwicklung der Waldfläche in Österreich [8] und der Waldfläche in der Schweiz [9]

Massivholzhäuser (aus Rundhölzern, Holzbohlen oder Holzblöcken) sind teuer und eher in Gegenden wie den Alpen oder Skandinavien anzutreffen, wo das nötige Fachwissen vor­handen ist. Als Holzhaus werden aber auch alle Häuser bezeichnet, deren Gerüst in Holzskelett-, Holztafel- oder Holzrahmenbauweise gebaut wurde. Das von den Fachwerk­häusern übernommene Prinzip besteht darin, aus (nicht allzu dicken) Holzbalken ein tragendes Skelett zu errichten, das einem Gitter gleicht, dessen Zwischenräume mit einem wärmedämmenden Material (wie zum Beispiel Stroh, Holzfaserplatten, Zellulose oder Hanffasern) gefüllt werden. Darüber kommt Putz oder eine Verkleidung.

Holzbauweisen dieser Art sind ideal für Fertighäuser. Die einzelnen Elemente werden vorgefertigt und per Baukastensystem nach Wunsch zusammengesetzt – die Gestaltungs­freiheit ist groß und die Baukosten relativ niedrig. Holzhäuser zeichnen sich durch eine sehr gute Wärmedämmung und eine gute Feuchtig­keitsregulierung aus. Je nach Klima und Fassadenausrichtung verwendet man ein entsprechendes Füllmaterial, das im Winter vor Kälte schützt und im Sommer vor Wärme. Das erreicht man zum Beispiel durch Füllung mit Strohlehm oder Hanfbeton.

Foto:

Abb. 8: Holzskelettbau (Quelle: Vermont Timber Works Inc./Wikimedia Commons)

Energie im Haus

Energie, Wärme ... was ist das eigentlich?

"Energie" kommt aus dem Altgriechischen (ἐνέργεια / enérgeia) und setzt sich zusammen aus ἐν / en = "in" und ἔργον / érgon = "Arbeit". Energie ist das, was man braucht – was man hineinstecken muss –, um irgendetwas zu verändern: es zu erwärmen, zu verschie­ben, zu zerbrechen, aufzulösen usw.

Energie wird in Joules (J) gemessen. Ein Joule ist die Energie, die man braucht, um etwa einen kleinen Apfel bzw. eine Tafel Schokolade (100 g) einen Meter hoch zu heben. Das ist nicht viel. Unser Körper verbraucht zum Beispiel jeden Tag ungefähr 10 Millionen Joule (das entspricht ca. 2400 Kilokalorien). Wir entnehmen diese Energie unserer Nahrung, halten damit unsere Körpertempe­ratur auf ca. 37°C, bewegen uns, essen, trinken und verdauen, denken nach und so weiter und so fort.

Da das Joule eine relativ "kleine" Einheit ist, wird ihm oft eine andere, im täglichen Gebrauch praktischere, vorgezogen: die Kilowattstunde (kWh). 1 kWh entspricht 3 600 000 J. Unser Körper verbraucht täglich ungefähr 3 kWh. Ein herkömmliches Haus mit 100 m2 Wohnfläche verbraucht in der gleichen Zeit ungefähr das Zehnfache.

Energie kann in verschiedenen Formen auftreten: als mechanische Energie, elektrische Energie, Kernenergie usw. Die Wärme – oder besser: die innere Energie – ist nur eine Erscheinungsform unter anderen. Man kann sie sich veranschaulichen mit dem Bild von den Teilchen (Atomen und Molekülen), aus denen zum Beispiel ein Körper oder die Umgebungsluft besteht: Je höher die Temperatur des Körpers/der Luft, desto stärker schwingen oder bewegen sich die Teilchen. Die Temperatur ist also ein Maß für die Teilchenbewegung, und umgekehrt.

Schema: Die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung

Abb. 9: Die verschiedenen Arten der Wärmeübertragung

Als Wärme bezeichnet man die Übertragung von Energie von einem Körper zu einem anderen. Wärmeübertragung kann auf unterschiedliche Weise geschehen:

Energieverbrauch und Umwelt

In den vergangenen zwanzig Jahren hat sich angesichts der Erderwärmung und ihrer ökolo­gischen, gesundheitlichen und sozialen Risiken ein Bewusstseins­wandel angebahnt (siehe das Projekt "Das Klima, mein Planet und ich!"). Es wird heute kaum noch angezweifelt, dass diese Erwärmung hauptsächlich von uns Menschen verursacht wird und insbesondere auf unseren Verbrauch von fossilen Energieträgern (Erdöl, Kohle, Gas) zurückzuführen ist. Die Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasen ist zu einem weltweiten Anliegen gewor­den. Zahlreiche Länder haben sich dazu verpflichtet, den CO2-Ausstoß bis zum Jahr 2050 zu verringern, und zwar in allen Bereichen: Transport und Verkehr, Bauen und Wohnen, Industrie, Energiewirtschaft, Landwirtschaft usw.

Zur Verringerung der Treibhausgasemissionen sind dreierlei Arten von Maß­nahmen notwendig, von denen jede für sich genommen nicht ausreichen würde:

Der Wohnbereich hat einen großen Anteil am Ausstoß von Treibhausgasen. In Deutsch­land zum Beispiel machen Raumheizung, Warmwasser und Kochen + Elektrizität 28% des Energieverbrauchs privater Haushalte aus [10]. Besonders beunruhigend ist die Tat­sache, dass im Wohnbereich – wie auch beim Transport und Verkehr – der Ausstoß an Treibhausgasen seit zwanzig Jahren stetig steigt, während er im industriellen und land­wirtschaftlichen Sektor abnimmt.

Wie kommt es zu einer derartigen Zunahme, wo doch die Energievorschriften beim Haus­bau immer strenger geworden sind? Dafür gibt es zahlreiche Gründe: Jedes Jahr kommen neue Wohnungen hinzu (siehe die wissenschaftliche Anmerkung der "Unterrichtsstunde 1 – Wie wohnt man im heutigen Europa?").

Auch der Anteil an neuen Ein- und Zweifamilienhäusern ist hoch. In Deutsch­land liegt der Anteil der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand 2011 bei 63%, bei den Neubauten be­trägt der Anteil dagegen 84% [11]. In Österreich liegt 2011 der Anteil der Ein- und Zweifamilienhäuser am Wohngebäudebestand bei 87%; bei den Baubewilligungen sind es ebenfalls 87%. Auch in der Schweiz und in Frankreich ent­spricht der Anteil der neugebauten Einfamilienhäuser im Jahr 2012 in etwa dem Anteil der Einfami­lienhäuser am Gebäudebestand: 58% in der Schweiz (Neubauten [2013]: 60%) und 56% in Frankreich (Neubauten [2012]: 50%) [12].

Die Wohnungen werden im Allgemeinen mehr beheizt als früher; dabei herrscht oft in allen Räumen eine höhere Temperatur. Hinzu kommt, dass Haushalte immer mehr Elektro­geräte anschaffen, viele davon mit hohem Energieverbrauch (Küchengeräte, Klimaanlagen, Fernseher/Computer/Musikanlagen, ...).

Wege zum energiesparenden Wohnen

Ob in Deutschland, Österreich oder der Schweiz – der größte Energiefresser bei den privaten Haushalten (ca. 70%) ist das Heizen der Wohnräume. Dabei kommt die ver­wendete Energie überwiegend aus fossilen Brennstoffen (Öl, Gas und Kohle), was wesentlich zum Ausstoß von Treibhausgasen beiträgt.

Kreisdiagramm: Energieverbrauch der Haushalte in Deutschland

Abb. 10: Energieverbrauch der Haushalte in Deutschland (2011) [13]

Grafik: Energieverbrauch der Haushalte in Österreich          Grafik: Energieverbrauch der Haushalte in der Schweiz

Abb. 10b und 10c: Energieverbrauch der Haushalte in Österreich (2011/2012) [14] und Energieverbrauch der Haushalte in der Schweiz (2013) [15]

Grundprinzipien bioklimatischer Architektur – die Ausrichtung und Gestaltung eines Hauses

Will man möglichst wenig heizen, sollte man in erster Linie möglichst viel Sonnenstrahlung einfangen. In unserem gemäßigten Klima (in der Nordhalb­kugel) sind es im Winter die Süd­fassaden, die am meisten von der Sonne angestrahlt werden. Man wird daher die Süd­fassade so groß wie möglich konzipieren, die Nordfassade dagegen kleiner. In der Südfas­sade sollten viele Fensteröffnungen möglichst viel Sonnenstrahlung einfangen.

Bringt das wirklich was? Und ob! In Deutschland reicht die Sonneneinstrahlung von 1100 kWh/m2a im Norden und Westen bis zu 1400 kWh/m2a im Süden. In Österreich und der Schweiz reicht die Spanne von 1200 bis 2000 kWh/m2a [16].

Zum Vergleich: Der Energieverbrauch eines Niedrigenergiehauses, eines KfW-40-Hauses zum Beispiel, beträgt 40 kWh/m2a und der eines teilmoderni­sierten Mehrfamilienhauses im Mittel 220  kWh/m2a. Das heißt, dass sogar im Norden und Westen Deutschlands die von Dach und Südfassade eines Hauses empfangene Sonnenenergie bei Weitem größer ist als die zum Heizen benötigte Energie [17].

Sonnenstand im Sommer und im Winter

Abb. 11: Sonnenstand im Sommer und im Winter

In warmen Gegenden sollte man darauf achten, dass sich das Haus im Sommer nicht in einen Brutkasten verwandelt. Dazu kann man die Sonne einfach abschirmen, allerdings sollte dieser Sonnenschutz nur im Sommer wirksam sein. Realisierbar ist dies mit ver­schiedenen, sehr einfachen Maßnahmen, zum Beispiel:

Die Ausrichtung des Hauses gibt auch die Verteilung der Zimmer im Haus oder in der Wohnung vor: Das Wohnzimmer sollte vorzugsweise auf der Südseite des Hauses liegen, damit die Bewohner vom kostenlosen und lang anhaltenden Tageslicht profitieren, während Räume, in denen man sich tagsüber weniger lang aufhält – wie Vorratsraum, Bad und WC, reine Schlafräume, Garage, ... – auf der Nordseite untergebracht sind.

Merkmale eines Niedrigenergiehauses

Abb. 12: Merkmale eines Niedrigenergiehauses (zum Vergrößern auf das Bild klicken; Quelle: ADEME)

Neben der Ausrichtung spielt auch die Gestaltung des Wohngebäudes eine wichtige Rolle. Bei gleichem Volumen sind die Wärmeverluste im Winter umso größer, je größer die Gebäudeoberfläche ist. Man sollte daher eine kompakte Bauweise vorziehen, vor allem in kalten Regionen [18]. Bei einer kompakten Bauweise spart man nicht nur Heizenergie, sondern auch Baumaterialien. Das ist natürlich auch von Vorteil, da viele Baumaterialien (wie Beton zum Beispiel) die Umwelt belasten.

Abbildung 13 zeigt verschiedene Anordnungen von acht Wohnungseinheiten. Alle Anord­nungen haben das gleiche Volumen, aber Oberflächen, die sich in ihrer Größe bis um den Faktor drei unterscheiden. Bei gleichem umbauten Raum ist ein Mehrfamilienhaus sehr viel sparsamer im Energieverbrauch als die ent­sprechende Anzahl von Eigenheimen.


Diagramm: Verhältnis von Fläche und Volumen

Abb. 13: Verhältnis von Fläche und Volumen

Die Wärmedämmung

Wärmedämmung ist das A und O bei der Renovierung alter Gebäude. Für Neu­bauten ist sie gesetzlich vorgeschrieben. Zweck ist es, den Wärmeaus­tausch durch Wärmeleitung so gering wie möglich zu halten. Das Gebäude wird mit einem Material, das nicht oder nur schlecht Wärme leitet, umhüllt. So werden im Winter Wärmeverluste nach draußen und im Sommer das Eindringen der Hitze verhindert.

Wärmeverluste in einem schlecht wärmegedämmten Haus

Abb. 14: Wärmeverluste in einem schlecht wärmegedämmten Haus

Ein nicht wärmegedämmtes Haus "verliert" Energie: durch das Dach (30%), durch die Mauern (25%), durch Belüftung (20%), durch die Fenster (13%), durch den Boden (7%). Sogenannte Wärmebrücken (5% der Verluste) ent­stehen dort, wo die Wärmedämmung fehlt, zum Beispiel beim Übergang von der Wand zum Boden. Wegen solcher Wärme­brücken, die einen erhöhten Energie­verbrauch nach sich ziehen, ist es oft vorteilhafter, die Dämmung außen anzu­bringen. Das hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Mauern im Winter die Heiz­energie speichern und im Sommer die kühlere Innentemperatur halten. Durch die temperierten Wände ist auch das Wohngefühl angenehmer. Ein weiterer Grund, die Dämmung außen anzubringen, ist, dass sich bei einer Innendäm­mung der Taupunkt ins Mauerwerk verlagert und man dadurch mit feuchten Wänden zu kämpfen hat (siehe Abb. 15). Der Taupunkt entspricht der Tempe­ratur, bei der die relative Luftfeuchtigkeit 100% erreicht. Wird diese Tempera­tur unterschritten, fängt der Wasserdampf in der Luft an zu kondensieren.


Wie man Wände und Böden dämmen kann

Abb. 15: Wände sollten von außen gedämmt sein.

Die Wahl des Dämmstoffes hängt von mehreren Faktoren ab: von der Klima­zone, vom Baumaterial (manche Baumaterialien haben schon von sich aus gute Dämmeigenschaften), von dem zu dämmenden Gebäudeteil (Dachgeschoss, Mauern, Böden, ...).

Ein guter Dämmstoff sollte:

Die folgende Tabelle zeigt, dass die im Wohnungsbau am häufigsten verwen­deten Dämm­stoffe (Mineralwolle und Styropor) eine niedrige Wärmespeicher­fähigkeit haben und daher im Sommer nicht zwischen Tages- und Nachttem­peratur ausgleichend wirken können. Allerdings gelangt der größte Teil der Wärme eh durch die Fenster ins Haus; wie viel, hängt von der Fläche, der Neigung und der Orientierung der Fenster ab. Ein guter Sonnen­schutz (Jalou­sien/Markisen bzw. Verschattung) und nächtliches Lüften können Abhilfe schaffen.


  Wärmeleit-
fähigkeit
W / (m K)
Spezifische
Wärmekapazität
J / (kg K)
Rohdichte
kg / m3
Wärmespeicher-
fähigkeit
kJ / (m3 K)
Holzfaserplatte 0,041 2100 160 336
Expandierter Kork 0,045-0,060 1700-2100 100-220 170-460
Cellulose (aus Altpapier) 0,040-0,045 2000 30-60 60-120
Hanffasern 0,040 1600 30-42 48-67
Schafwolle 0,040 1720 16-70 28-120
Styropor 0,035-0,040 1500 10-30 14-45
Mineralwolle (Glas-
und Steinwolle)
0,035-0,040 840 15-70 13-60

Tabelle 1: Thermische Eigenschaften verschiedener Dämmstoffe. Ein guter Dämm­stoff zeichnet sich dadurch aus, dass seine Wärmeleitfähigkeit möglichst klein und seine Wärmespeicherfähig­keit (= Produkt aus spezifischer Wärmekapazität und Rohdichte) möglichst groß ist [19].

Das Dach hat zwar in der Regel eine kleinere Fläche als die Mauern, sollte aber besonders gut gedämmt werden. Im Winter geht durch das Dach viel Energie "verloren": durch Wär­meleitung und durch Konvektion (warme Luft steigt nach oben). Man kann die Wärme­dämmung des Daches durch Begrünung ergänzen, wie man es in den skandinavischen Ländern häufig sieht. Damit erreicht man außer einer hervorragenden Wärme­dämmung im Winter wie im Sommer auch noch viel mehr: bessere Abdichtung, Erhalt der biologischen Vielfalt, Schall­absorption (in Städten), Luftverbesserung, Aufnahme und Filterung von Regen­wasser, ...

Es nützt allerdings gar nichts, wenn man nur die Mauern und das Dach dämmt und sich nicht um die Fenster kümmert. Doppelglasfenster (Wärmedämmver­glasung) bestehen aus zwei Glasscheiben, die durch einen schmalen Zwi­schenraum getrennt sind. Der Spalt ist bei guten Doppelglasfenstern meist mit einem Edelgas wie Argon oder Krypton gefüllt. Deren Wärmeleitfähigkeit ist noch deutlich kleiner als die von Luft, was es zum Beispiel erlaubt, den Spalt zwischen den Glasscheiben kleiner zu halten. Wenn der Spalt zu groß wird, kann durch Konvektion im Füllgas Wärme übertragen werden, was ganz und gar nicht erwünscht ist. Heutzutage werden auch Fenster mit Dreifachvergla­sung eingesetzt, die natürlich noch besser dämmen. Allerdings ist die Energie­einsparung beim Übergang von Zweifach- zu Dreifachverglasung nur gering und lohnt sich nur, wenn das Haus ansonsten perfekt gedämmt ist (siehe [20] und den Abschnitt über Passivhäuser).

Foto: Häuser mit Grasdach

Abb. 16: Holzhäuser mit Grasdach in Norwegen (Foto und ©: Clément Olinger)

Die Belüftung

Wir haben gesehen, dass sich Wärme durch Konvektion verbreiten kann, das heißt durch Luftbewegungen im Haus. Die warme Luft entweicht oben aus dem Gebäude und kältere Luft strömt (von unten und den Seiten) nach. Solche Lufterneuerung im Inneren ist mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Andererseits ist Lufterneuerung für ein gesun­des Wohnen unverzichtbar. Die Bewohner atmen Kohlenstoffdioxid (CO2) aus, das in zu hoher Konzentration gesundheitsschädlich ist [21]. Feuer (Öfen, Kamine, ...) erzeugt ebenfalls CO2 und, wenn die Luftzufuhr unzureichend ist, sogar Kohlenmonoxid (CO), das noch gefährlicher ist. Die Innenluft muss auch aus anderen Gründen erneuert werden (Gerüche aus Küche und Bad/WC). Hinzu kommen eventuell noch toxische Ausdünstungen von Lösungsmitteln, Farben und Klebern, die man auf Mauerwerk und/oder Holz aufgebracht hat. Auch der Wasserdampf – aus der Atmung, vom Kochen oder vom Wäschetrocknen – muss durch Lüften nach draußen befördert werden, da er sich im Haus niederschlagen und Schimmelbildung begünstigen kann.

Es ist durchaus möglich, den Wohnbereich wirksam zu belüften, ohne die mühsam mittels Wärmedämmung erreichte Energieeinsparung wieder zu "verlieren". Und zwar durch eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (z. B. Gegenstrom- oder Kreuzstromwärme­tauscher): Die eintretende und die austretende Luft strömen durch einen Wärmetauscher, ohne sich dabei zu vermischen. Im Winter wärmt die ausströmende Luft die einströmende Luft, im Sommer kühlt sie sie ab. Auf diese Weise wird der Energieaufwand sowohl für Heizung (im Winter) als auch für Klimatisierung (im Sommer) stark reduziert.

Lüftungsanlage eines Hauses

Abb. 17: Lüftungsanlage eines Hauses

Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung ist sehr wirksam, es geht aber noch besser, und zwar indem man eine solche Anlage mit einem Luftbrunnen verbindet [22]. Das Prinzip ist einfach: Je tiefer man in den Erdboden ein­dringt, desto gleichbleibender wird die Temperatur im Tages- und Jahreszyklus. In etwa zwei Meter Tiefe verschwindet die tägliche Temperaturschwankung so gut wie vollständig, und zwischen Sommer und Winter ist sie nur noch etwa halb so groß wie an der Oberfläche (siehe den Jahresgang der Bodentempe­ratur der Säkularstation Potsdam Telegraphenberg [23]).

Wenn man also die Frischluftzuleitung durch die Erde verlegt, kann der Erd­boden die Luft schon etwas vorwärmen bzw. im Sommer etwas vorkühlen: Im Winter kommt auf diese Weise die Luft sehr viel weniger kalt im Gebäude an, und im Sommer sehr viel kühler. Verbindet man Luftbrunnen und Wärmetau­scher, so erreicht man beachtenswerte Energie­bilanzen: Mehr als 95% der Energie wird zurückgewonnen. Bei einer guten Dämmung kommt man unter Umständen (bei optimaler Nutzung der Sonnenstrahlung) fast ganz ohne Heizung und Klimatisierung aus!

Erneuerbare Energien im Wohnungsbau

Mit einer geschickten Ausrichtung des Gebäudes, einer kompakten Bauform, guter Däm­mung und einer leistungsfähigen Belüftungsanlage kann man – wie wir gesehen haben – viel Energie einsparen.

Es bleiben aber noch weitere Bereiche im Haus übrig, für die Energie benötigt wird: Man braucht zum Beispiel warmes Wasser, und Elektrizität für Beleuch­tung, elektrische Haushalts­geräte und die ganzen Geräte der Informations- und Kommunikationstechnologie (I&K) wie Musikanlage, Fernseher, Telefon, Compu­ter usw. Hier können erneuerbare Energien ein­gesetzt werden.

Man sollte jedoch von vornherein im Kopf behalten, dass erneuerbare Energien nur dann sinnvoll eingesetzt sind, wenn zuvor alle weiter oben erwähnten Maßnahmen zur Energie­einsparung im Gebäude verwirklicht wurden.

Solarenergie

Was liegt näher, als Energie von der Sonne zu gewinnen? Geht man für Mittel­europa von einer mittleren Sonnenenergieeinstrahlung von ca. 1000 kWh/m2 aus, so "scheint" auf Deutschland jährlich fast 100 Mal mehr Energie als das Land verbraucht [24]. Für Österreich liegt dieser Faktor bei ca. 270 und für die Schweiz bei ca. 170 [25]. Die Sonne ist also eine sehr ergiebige, unerschöpf­liche und kostenlose Energiequelle. Sie lässt sich auf viele Arten anzapfen. Uns interessieren hier jedoch nur die Warmwasserbereitung und die Erzeugung von Strom zu Beleuchtungszwecken und zum Betreiben von Elektrogeräten aller Art.

Mit Sonnenenergie warmes Wasser bereitstellen

Abb. 18: Mit Sonnenenergie warmes Wasser bereitstellen

Um Warmwasser herzustellen, setzt man am besten Sonnenkollektoren ein. Sonnen­kollektoren sind relativ einfach, robust, betriebssicher ... und rentabel. Sie bestehen aus einer dunklen Fläche, die einen großen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung absorbiert und in innere Energie umwandelt. Diese Energie wird anschließend in einem geschlosse­nen Kreislauf von einer Wärmeträger­flüssigkeit (in der Regel Wasser mit Frostschutzmittel) zum Warmwasserspei­cher im Haus transportiert. Dort wird sie über einen Wärmetauscher an das Wasser im Wasserspeicher abgegeben. Die beiden Leitungssysteme sind völlig unabhängig voneinander: Das Wasser, das später zum Duschen oder Geschirr­spülen verwendet wird, kommt nicht mit der Wärmeträgerflüssigkeit in Berüh­rung. Zur Über­brückung von Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung werden Sonnenkollektoren oft mit einer elektrischen oder Gas-Zusatzheizung kom­biniert.

Der Wirkungsgrad von Sonnenkollektoren hängt von ihrer Ausrichtung und Größe ab. Mit 1 bis 1,5 m2 Kollektorfläche pro Person kann man im Sommer den gesamten Warm­wasser­bedarf abdecken und übers Jahr gerechnet bis zu 60% Energie einsparen [26].

Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwan­deln. Elektrisch miteinander verbundene Module bilden eine Photovol­taikanlage. Zurzeit liegt der Wirkungsgrad von Solarzellen aus monokristallinem Silizium bei 15 bis 20%. Der Preis von elektrischem Strom aus Photovoltaik­anlagen liegt zurzeit noch etwas über dem Preis von Strom aus fossilen Quellen bzw. Kernenergie [27]. Laut "Special Report on Renewable Energies and Climate Change Mitigation" (SRREN, = Sonderbericht "Erneuer­bare Energien und die Minderung des Klimawandels") des IPCC vom Mai 2011 [28] lag der Preis für elektrischen Strom aus nicht erneuerbaren Energiequellen 2005 bei ca. 2,5–10 USct2005/kWh und für elektrischen Strom aus Photovoltaikanlagen bei 7–85 USct2005/kWh [29].

In Deutschland lag der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromver­brauch 2013 bei 24,1% – davon 4,8% aus Photovoltaikanlagen [30]. In Öster­reich wurden 65,7% des Brutto­stroms 2012 mit Wasserkraft erzeugt, 3,6% mit anderen erneuerbaren Energien (der Anteil der Photovoltaik lag bei 0,2%) [31]. In der Schweiz lag der Anteil der erneuer­baren Energien an der Netto-Elektri­zitätsproduktion 2013 bei 60,0% (Wasserkraft: 56,6%; andere erneuerbare Energien: 3,4%; Photovoltaik: 0,8%) [32].

Foto: Solarmodule auf einem Hausdach

Abb. 19: Solarmodule auf einem Hausdach (Foto: privat, © Sonnentaler)

Geothermie

Die Erde ist eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle. Schon in den ersten Metern unter der Erdoberfläche ist es im Winter wärmer und im Sommer kühler als an der Luft. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Erdboden an und erreicht im Erdkern über 5000°C. In den ersten Metern, wo die Temperatur des Bodens noch von der Temperatur an der Erdoberfläche beeinflusst wird, ist es im Winter wärmer und im Sommer kälter als an der Oberfläche [23].

Für das Heizen und Kühlen eines Hauses sowie die Warmwasserbereitung nutzt man vor allem diese oberflächennahe Temperaturdifferenz, die in den ersten Metern in Mitteleuropa bis zu 10°C beträgt. Hier kommt die "Wärme" also nicht aus den Tiefen der Erdrinde, son­dern von der Sonne. Daher spricht man manchmal auch von geosolarer Energie.

Je nach Gelände wird die Energie des Erdbodens mittels vertikal verlegter "Erdsonden" entnommen (dazu werden typischerweise 50 bis 300 Meter tiefe Löcher in den Boden gebohrt), oder mittels eines horizontal und oberflächen­nah verlegten Rohrsystems (diese "Erdwärmekollektoren" sind "nur" ca. 1 bis 1,5 Meter tief im Erdboden eingegraben, siehe Abb. 20). In den Rohren fließt in der Regel Sole (eine Wasser-Salz-Mischung), die die Wärme des Erd­reichs aufnimmt und diese wiederum an eine an das Rohrsystem angeschlossene Wärme­pumpe weitergibt – die Sole selbst kühlt dabei wieder ab.

An Stelle des Erdbodens können auch Wasser (aus einem See zum Beispiel, oder Grund­wasser) oder die Außenluft als Wärmereservoir dienen. Mit einer Wärmepumpe spart man Heizenergie, weil die Energie des "angezapften" Wärmereservoirs unerschöpflich ist. Daher zählt Geothermie auch zu den regenerativen Energiequellen. Die Wärmepumpe, die wie ein umgekehrter Kühlschrank funktioniert, nutzt diese Wärme, um zum Beispiel das Hei­zungswasser oder das Warmwasser zu heizen (zum Funktionsprinzip einer Wärmepumpe siehe zum Beispiel [33]. Im Endeffekt wird mit Hilfe von 10°C warmer Sole (typische Bodentemperatur ab 6 Meter Tiefe [23]) und einer mit Strom betriebenen Wärmepumpe Wasser auf 50-60°C geheizt.

Foto: Verlegung von Erdwärmekollektoren

Abb. 20: Verlegung von Erdwärmekollektoren (Foto und © Kaeltro Scholz KG)

Biomasse

Auch aus organischem Material kann man Energie gewinnen. Entweder direkt, zum Bei­spiel durch Verbrennen von Holz, oder indirekt, indem man aus der Gärung von organi­schen Abfällen Biogas erzeugt, das dann verbrannt werden kann. Im Allgemeinen kann man die aus Holz gewonnene Energie als erneuerbar bezeichnen, da der Holzvorrat eines Waldes sich in etwa einem Jahrhundert erneuert, während bei Erdöl die Erneuerung mehrere Millionen Jahre dauert. Außerdem ist sie CO2-neutral, da das bei der Verbrennung entstehende CO2 genau der Menge entspricht, die bei der Photosynthese absorbiert wurde. Aber das gilt natürlich nur, so lange für jeden gefällten Baum auch ein neuer gepflanzt wird.

Fotos von Strohrädern und Holzhackschnitzel

Abb. 21: Biomasse: Strohräder und Holzhackschnitzel (Strohräder: Walter J. Pilsak, Wikimedia Commons, Holzhackschnitzel: Florian Gerlach, Wikimedia Commons)

In Anbetracht des Preisanstiegs bei fossilen Brennstoffen ist das seit Urzeiten bekannte Heizen (und Kochen) mit Holz wieder im Kommen. Das liegt unter anderem auch daran, dass neue Verfahren entwickelt wurden: Durch Ver­brennen von Holzhackschnitzeln und Holzpelletts erreicht man inzwischen nicht nur einen höheren Wirkungsgrad, es ist auch viel bequemer – der Kessel kann automatisch befeuert werden, man braucht keine Holz­scheite mehr nachzu­legen. Gleichzeitig verwertet man auf diese Weise die Abfälle der Holzindustrie und kommt so zu einer guten Ökobilanz. Obendrein ist Holz der billigste Brenn­stoff: Die Kilowattstunde kostet ca. 4 Cent (Buchenholz). Die Kilowatt­stunde Heizöl kostet dagegen ca. 9 Cent, bei Erdgas sind es ca. 7 Cent pro Kilowatt­stunde und bei Holzpellets ca. 5 Cent pro Kilowattstunde (Werte für Deutsch­land, 2012). Heizte man 2012 gar mit elektrischem Strom, mussten ca. 26 Cent pro Kilowattstunde bezahlt werden [34].


Offener Kamin Ofen mit geschlossener Brennkammer Ofen: Verbrennung von Brennholz Ofen oder Heizkessel: Verbrennung von Holzpellets Heizkessel: Verbrennung von Hackschnitzeln
< 10 % > 70 % ∼ 70 % ∼ 90 % ∼ 85 %

Tabelle 2: Die verschiedenen Wirkungsgrade von Holzheizungen

Windenergie

Während in Österreich und der Schweiz Wasserkraft der wichtigste erneuer­barer Energie­träger ist, spielt in Deutschland die Windenergie die größte Rolle. Mit einer gesamten Windenergiekapazität von ca. 34 700 MW [35] war Deutschland 2013 nach China und den USA, der drittgrößte Windenergie­produzent der Welt, gefolgt von Spanien und Indien [36].

In einer Windenergieanlage wird die kinetische Energie des Windes in Rota­tionsenergie des Rotors umgewandelt. Diese wiederum wird über ein Getriebe an einen Generator übertragen, der sie in elektrische Energie umwandelt [37]. Die meisten 2013 neu installierten Windräder haben einen Rotordurchmesser von 100-120 Meter (der Anteil der Windanlagen mit einem Rotordurchmesser von über 100 Meter beträgt inzwischen über 50%) und ihre durchschnittliche Leistung liegt bei ca. 2,6 MW [38].

Der Nachteil der Windenergie: Wenn kein Wind weht, drehen sich die Rotor­blätter nicht und es kann keine elektrische Energie erzeugt werden. Wind­energieanlagen findet man deshalb auch bevorzugt in Gegenden mit hohem Windaufkommen, wie zum Beispiel an der Nordseeküste Deutschlands. Aber nicht nur Schleswig-Holstein (wo 2013 der [potentielle] Anteil der Windenergie am Netto­strom­verbrauch 53,0% betrug), auch Mecklenburg-Vorpommern (65,5%), Sachsen-Anhalt (51,2%) und Brandenburg (50,9%) sind große Windenergie­produzenten [38]. Und in Nieder­sachsen beträgt der Anteil am Nettostrom­verbrauch zwar "nur" 26,2%, dafür ist dort die gesamte installierte Leistung am größten – insgesamt fast 7700 MW.

Windpark in Niedersachsen

Abb. 22: Windpark in Niedersachsen (Foto: Philip May, Wikimedia Commons)

In Deutschland gab es 2013 fast 24 000 Windenergieanlagen – davon 219 Off­shore-Windenergie­anlagen [35, 38] –, die 11,7% des Strombedarfs abdeckten. Bei der Netto-Stromerzeugung lag die Windenergie 2013 mit 9% vor den ande­ren erneuerbaren Energien wie Biomasse (7%), Photovoltaik (5%) und Wasser­kraft (3%) [39]. Wind­energie, Photovoltaik und Wasserkraft sind jedoch alle drei sehr vom Wetter und der Witterung abhängig, ihr Anteil an der Stromer­zeugung hängt nicht allein von der Anzahl der Anlagen ab.

Für die Zukunft ist geplant, dass bis zum Jahr 2025 der Anteil der Windenergie an der Stromproduktion auf 25% steigt (15% auf See, 10% an Land). 2010 nahm alpha ventus, der erste deutsche Offshore-Windenergiepark, seinen Betrieb auf: Die 12 Windenergie­anlagen decken den Strombedarf von rund 70 000 Haus­halten [40].

Das Passivhaus

Ein Passivhaus ist ein Haus, das (nahezu) keine Energiekosten verursacht, das heißt (fast) genauso viel Energie produziert, wie es verbraucht. Um als Passiv­haus zu gelten, darf der Heizwärmebedarf höchstens 15 kWh/m2a betragen [41]. Ist der Energiebedarf etwas höher, spricht man von Niedrigenergiehäu­sern, deren Primärenergiebedarf (also nicht nur der Heizwärmebedarf) zwi­schen 40 und 79 kWh/m2a liegt. Bei einem KfW-40-Haus zum Beispiel wird ein Primärenergieverbrauch von 40 kWh/m2a nicht überschritten [42].

Ein Passivhaus ist in der Regel nach Süden ausgerichtet, kompakt gebaut und sehr gut gedämmt. Zum Heizen der Räume wird die Sonnenenergie genutzt, die durch die Fensterfronten ins Haus gelangt. Parallel dazu kann zum Beispiel ein Luftbrunnen, kombiniert mit einem Wärmetauscher, betrieben werden (siehe den Abschnitt über Belüftung). Weiterhin können Sonnenkollektoren zur Warm­wasserbereitung und/oder Solarmodule zur Stromerzeugung installiert sein.

Die Ökobilanz von Passivhäusern ist sehr gut. Passivhäuser tragen kaum zum Ausstoß von Treibhausgasen bei. Außerdem ist das Wohnen in einem Passiv­haus sehr angenehm (kons­tante Raumtemperatur, Einsatz von Filtern für eine bessere Raumluftqualität). Ein Passivhaus kostet beim Bau mehr (ca. 15%), die Mehrkosten werden jedoch nach 10-20 Jahren (vor allen Dingen auch im Hin­blick auf steigende Öl- und Gaspreise) durch die Energieeinsparung und/oder die Einspeisung von Strom aus Eigenproduktion ins öffentliche Stromversor­gungsnetz wieder wettgemacht. Es gibt auch immer wieder wechselnde (meis­tens regionale) Förderprogramme für Photovoltaikanlagen, Wärmedämmung aus nachwachsenden Rohstoffen usw.

Die nachfolgenden Fotos zeigen Aufnahmen mit einer Wärmebildkamera: oben das "Effizienzhaus Plus" in der Fasanenstraße in Berlin (das Haus ist auf den Seiten des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung im Detail beschrieben), und unten ein konventionelles Gebäude, bei dem ein Fenster auf Kipp steht.

Plusenergiehaus in der Fasanenstraße in Berlin

Abb. 23: Wärmebild des Plusenergiehauses in der Fasanenstraße in Berlin.
Wärmebild und "normales" Foto im Vergleich (Fotos und © Helmuth Grötzebauch).

Plusenergiehaus in der Fasanenstraße in Berlin

Abb. 24: Wärmebild eines konventionellen Hauses; man beachte das offene Fenster.
Wärmebild und "normales" Foto im Vergleich (Fotos und © Helmuth Grötzebauch).

Das Plusenergiehaus ist deutlich besser gedämmt. Das rosafarbene Viereck links ist ein Bildschirm mit Informationen über das Plusenergiehaus (rechts der kleine Strich ist ein weiterer Bildschirm). Oben am Vordach entwickeln die LED's etwas Wärme. Die beiden Türrahmen (Eingangstür zum Haus und Tür zum Technikraum) sind etwas wärmer, da die Türen ab und zu geöffnet werden.

EEG, ÖSVO, KEV, ... Gesetze zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

Wer seinen Strom aus erneuerbaren Energien selbst erzeugen möchte, zum Beispiel durch die Installation von Solarmodulen auf dem eigenen Dach (Abb. 19), bekommt von staatlicher Seite finanzielle Unterstützung. Die Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist in vielen Ländern inzwischen gesetzlich geregelt.

In Deutschland gilt seit dem 1. August 2014 das "Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien" (kurz: Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG 2014). Es löste das seit 2000 gültige "Gesetz für Vorrang erneuerbarer Energien" ab, das wiederum auf das "Gesetz über die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien in das öffentliche Netz" (Stromeinspeisungsgesetz) von 1991 folgte. Zweck des Gesetzes ist es, "insbe­sondere im Interesse des Klima- und Umwelt­schutzes eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen, die volks­wirtschaft­lichen Kosten der Energieversorgung [...] zu verringern, fossile Energieressour­cen zu scho­nen und die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Strom aus Erneuer­baren Energien zu fördern." [43].

Das Gesetz verpflichtet Netzbetreiber, Strom aus erneuerbaren Energien vorrangig in ihr Netz einzuspeisen und garantiert den Stromerzeugern für 20 Jahre eine festgelegte Ver­gütung ihres eingespeisten Stroms. Die Höhe der Vergütung hängt von der verwendeten Technologie, der Größe und vor allem dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anlage ab. Die Einspeisevergütung wird allerdings seit einigen Jahren immer weiter abgesenkt [44].

Laut EEG soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung im Jahr 2025 40 bis 45% betragen, 2050 sogar mindestens 80%. Parallel soll der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Bruttoendenergieverbrauch bis 2020 auf mindestens 18% erhöht werden [43].

Diese Förderung erneuerbarer Energien wird u. a. über die EEG-Umlage finan­ziert, die jeder Verbraucher über den Strompreis bezahlt. Die EEG-Umlage betrug 2012 3,6 Cent pro Kilowattstunde, 2013 stieg sie auf 5,3 cent pro Kilo­wattstunde und 2014 auf 6,24 Cent pro Kilowattstunde [45].

Österreich fördert seit 2002 mit dem Ökostromgesetz (ÖSVO) die Produktion von Elektri­zität aus erneuerbaren Energien. 2010 wurden von den geförderten Ökostrommengen 43% aus Biomasse erzeugt, 34% aus Windkraft, 21% aus Kleinwasserkraft und 1% aus Photo­voltaik, Geothermie, Deponie- und Klärgas [46]. In der Ökostromverordnung werden die Vergütungstarife für einge­speisten Ökostrom festgesetzt. Die Vergütung wird für 13 Jahre (Photo­voltaik, Windkraft, Geothermie, Deponie- und Klärgas ) bzw. für 15 Jahre (Bio­masse, Biogas) garantiert und durch die Ökostromabwicklungsstelle (OeMAG) abge­wickelt [47].

In der Schweiz gilt seit 1998 das Energiegesetz [48], das seit dem 1.1.2009 eine kosten­deckende Einspeisevergütung (KEV) für Elektrizität aus erneuer­baren Energien vorsieht. Erstattet wird Strom aus Wasserkraft bis 10 MW, Photovoltaik, Windenergie, Geothermie und Biomasse. Zur Finanzierung der KEV zahlen die Verbraucher für jede Kilowattstunde einen Zuschlag. Dieser Zu­schlag lag 2012 und 2013 bei 0,45 Rp. pro kWh, 2014 bei 0,6 Rp. pro kWh. Seit 2010 müssen Elektrizitätsunternehmen zudem die Herkunft des Stroms kennzeichnen, so dass für die Verbraucher transpa­rent wird, aus welchem Energiemix sich ihr Strom zusammensetzt.

Wasser

Ein ganz ungewöhnliches Element

Wasser ist zweifellos das Element mit der größten Symbolik. Mal zerstörerisch (Sintflut), mal reinigend (Taufe bei den Christen, Waschungen bei Juden und Moslems, rituelle Bäder bei den Hindu), schreibt man ihm auch Heilkräfte zu (Thermen) oder gar Wunder (Lourdes). Diese Vorstellungswelt hat sich um eine besondere Erscheinungsform von Wasser ent­wickelt: um das Wasser im flüs­sigen Zustand. Im Alltag verbindet man Wasser immer mit diesem Zustand (mit allen Wassern gewaschen sein, jemandem läuft das Wasser im Mund zusam­men, sich ins kalte Wasser stürzen, ...). Selbst im Schriftzeichen ist diese Verbindung da: Das chinesische Wort für Wasser – "shui", rechts in Abb. 25 – hat seinen Ursprung in einem alten Zeichen (links), das einen Wasserfall darstellt, der von Spritzern umrahmt ist. Dabei kann Wasser genauso gut im festen Zustand vorkommen (wie Eisen zum Beispiel), oder im gasförmigen Zustand (wie Sauerstoff). Andererseits kommen Eisen und Sauerstoff auch im flüssigen Zustand vor. Der jeweilige Zustand hängt nur von den Temperatur- und Druckbedingungen ab.

Schriftzug: Wasser auf Chinesisch

Abb. 25: Wasser auf Chinesisch

Wasser ist in vieler Hinsicht kein gewöhnlicher chemischer Stoff:

Wasservorkommen auf der Erde

Wasser kommt im Weltall eher selten vor [49]. Man findet es dennoch sowohl in fester Form als auch in gasförmiger Form in interstellaren Nebeln, kalten Sternen, Planeten und Kometen. Die Erde ist jedoch der einzige bekannte Himmelskörper, auf dem es flüssiges Wasser gibt. Die Erde wird auch "Blauer Planet" genannt, da 71% ihrer Oberfläche von Wasser bedeckt ist. Der größte Teil der enormen Wassermenge [50] befindet sich in den Meeren. Süßwasser stellt nur 2,5% der Gesamtmenge dar – und liegt obendrein größten­teils als Eis vor (siehe die Unterrichtsstunde "Wasser auf der Erde"). Im Endeffekt beläuft sich die der Menschheit unmittelbar zugängliche (Trink-) Wassermenge auf weniger als 1%. Das würde zwar bei Weitem ausreichen, wenn die Wasservor­räte gerecht verteilt wären, was aber leider überhaupt nicht der Fall ist, wie wir im Folgenden sehen werden.


Kreisdiagramm: Die verschiedenen Wasservorkommen auf der Erde

Abb. 26: Die verschiedenen Wasservorkommen auf der Erde

Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Im Allgemeinen ist ein Stoff im festen Zustand dichter als im flüssigen Zustand. Wasser ist eine Ausnahme, deshalb schwimmen zum Beispiel Eisberge auf dem Meer und zerbersten was­sergefüllte Flaschen im Tiefkühlfach (siehe die Unterrichtseinheit "Eine merk­würdige Flüssigkeit – Anomalie des Wassers").

Die Menschen und das Wasser

Der ungleiche Zugang zum Süßwasser

"90% unserer Krankheiten trinken wir", sagte Pasteur. Wasser ist zum Über­leben uner­lässlich, fehlendes Wasser bzw. Wasser schlechter Qualität ist dagegen die Haupttodes­ursache auf unserem Planeten. Im Jahr 2011 hatten weltweit 768 Millionen Menschen (11% der Weltbevölkerung) keinen Zugang zu Trinkwasser [51] und 1 Milliarde Men­schen keinen Zugang zu sanitären Einrich­tungen [52]. Kinder sind besonders betroffen: Etwa 1800 Kinder unter 5 Jah­ren sterben jeden Tag, weil sie keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben und ausreichende sanitäre Einrichtungen fehlen [53].

Während sich die gesamten erneuerbaren Wasservorräte weltweit auf 42 338 km3 pro Jahr belaufen (2011), beträgt die gesamte Wasserentnahme 3942 km3 pro Jahr (2005) [54]. Der Zugang zu Süßwasser ist jedoch nicht gerecht verteilt. Und diese Ungleichverteilung wird im 21. Jahr­hundert nicht kleiner werden, ganz im Gegenteil: Der zu erwartende Bevölkerungszuwachs wird im Wesentli­chen in Gegenden stattfinden, die schon jetzt an Wasserman­gel leiden, und die Erderwärmung, die den Wasserkreislauf verändert, wird die Gegensätze noch ver­schärfen. Die Trockenregionen werden noch trockener und die feuchten Regionen noch feuchter. Darüber hinaus wird die Erderwär­mung in den nächsten Jahrzehnten eine Ver­knappung des Trinkwassers in stark bevöl­kerten Gegenden zur Folge haben, weil einer­seits durch den Anstieg des Meeresspiegels Trinkwasserreserven versalzen und anderer­seits innerkonti­nentale Gletscher abschmelzen. Außerdem zieht die Gletscherschmelze, auch wenn sie nur partiell ist, auf längere Sicht eine geringere Wassermenge in manchen großen Flüssen nach sich. Besonders in Asien sind davon Millionen von Menschen betroffen.

So könnte Süßwasser zur ebenso begehrten Ressource werden, wie es das Erdöl im 20. Jahrhundert war.

Wasser für die Industrie im Norden und für die Landwirtschaft im Süden

Wofür das Wasser verwendet wird, hängt sehr vom Industrialisierungsniveau der Länder ab. Im Norden verbraucht die Industrie den größten Anteil, im Süden ist es die Landwirtschaft.

Diagramm: Entwicklung der verschiedenen Arten des Wasserverbrauchs in Afrika und Europa

Abb. 27: Entwicklung der verschiedenen Arten des Wasserverbrauchs in Afrika und Europa

Die Industrie braucht große Mengen Wasser, sei es zur Kühlung in Kraftwerken oder für die Umwandlung und Herstellung von Produkten: Chemie, Textilien, Papierindustrie, Metallurgie usw. Zum Beispiel braucht man zur Herstellung von 1 kg Papier 70 bis 130 Liter Wasser (die Menge hängt von der Papiersorte ab); für die Wiederaufbereitung zu 1 kg Altpapier braucht man dagegen nur ca. 100 ml. Für die Produktion von 1 kg Stahl benötigt man im Schnitt 12 Liter Wasser und für 1 kg Zement 2,1 Liter [55].

Gegenwärtig verbraucht die Landwirtschaft 70% des insgesamt auf der Welt verbrauchten Wassers, zum größten Teil für Bewässerung; etwa 20% ver­braucht die Industrie und etwa 10% die Haushalte [54]. Beim Wasserverbrauch beträgt in vielen Ländern der Anteil der Landwirtschaft sogar über 90% [56].

Foto: Kreisbewässerung in den USA

Abb. 28: Kreisbewässerung in den USA (Quelle: Sam Beebe, Wikimedia Commons)

Die Landwirtschaft ist gleichzeitig der größte Wasserverschwender, denn das meiste Wasser geht durch Verdunstung verloren, bevor es den Pflanzen zu Gute kommt. Effi­ziente Verfahren, wie Tröpfchenbewässerung (siehe Abb. 29), setzen sich nur zögerlich durch – selbst in den entwickelten Ländern.

Funktionsweise der Tröpfchenbewässerung

Abb. 29: Funktionsweise der Tröpfchenbewässerung (Quelle: Wikimedia Commons)

Wasserverbrauch nach Sektoren

Laut aquastat/FAO wurden der Natur 2007 in Deutschland ca. 32 Kubik­kilome­ter Frisch­wasser entnommen. Davon verbrauchten die Industrie 83,9%, die Haus­halte 15,9% und die Landwirtschaft 0,25%. In Österreich wurden 3,7 Ku­bikkilometer Frisch­wasser entnommen (2002): 79,0% Industrie, 18,3% Haus­halte, 2,7% Landwirtschaft; in der Schweiz 2,6 Kubikkilometer (2000): 57,5% Industrie, 40,6% Haushalte, 1,9% Landwirt­schaft; und in Frankreich 31,6 Ku­bikkilometer (2007): 69,3% Indus­trie, 18,3% Haushalte, 12,4% Landwirtschaft.

Kreisdiagramm: Wasserverbrauch nach Sektoren in Deutschland

Abb. 30: Wasserverbrauch nach Sektoren in Deutschland [57]

Kreisdiagramm: Wasserverbrauch nach Sektoren in Österreich          Kreisdiagramm: Wasserverbrauch nach Sektoren in der Schweiz

Abb. 30b und 30c: Wasserverbrauch nach Sektoren in Österreich und Wasserverbrauch nach Sektoren in der Schweiz [57]

Während das Trinkwasser überwiegend aus Grundwasser und Quellwasser gewonnen wird, stammt das von der Industrie genutzte Frischwasser zu 90% aus Flüssen, Seen und Tal­sperren. In Deutschland zum Beispiel werden ca. 19 Milliarden Kubikkilometer (70%) des von der Industrie genutzten Wassers von den Energieversorgungsbetrieben als Kühlwasser eingesetzt [58]. Dieses Wasser geht jedoch nach Gebrauch wieder in den natürlichen Wasser­kreislauf zurück.

Die Landwirtschaft verbraucht in Deutschland, Österreich und der Schweiz zwar nur relativ wenig Wasser, trägt dafür aber – durch die Stickstoffdüngung und den Einsatz von Pesti­ziden – viel zur Verschmutzung von Grundwasser, Flüssen und Seen bei.

Trinkwasser

Trinkwasser muss je nach Herkunft mit unterschiedlich aufwendigen Verfahren aufbereitet werden.

Beispiel 1: Das Trinkwasser Berlins

Berlins Trinkwasser wird praktisch ausschließlich aus Grundwasser gewonnen. Die für die Wasserversorgung von Berlin und das angrenzende Umland verant­wortlichen Berliner Wasserbetriebe fördern mit Hilfe von etwa 700 Tiefbrunnen im Mittel 546 000 m3 pro Tag zu den insgesamt neun Wasserwerken. Das aus 30 bis 170 m Tiefe geförderte Wasser ist von sehr guter Qualität und muss nicht mit Chlor, Ozon oder UV-Licht behandelt werden. Zur Abwasserreinigung dienen sechs Klärwerke und 9600 km Abwasserkanäle [59].

Beispiel 2: Das Trinkwasser Wiens

Das Trinkwasser für Wien stammt zu 95% aus Quellwasser aus den nieder­österreichisch-steirischen Alpen und zu 5% aus Grundwasser. Auch das Wiener Wasser ist von sehr guter Qualität und muss nicht aufbereitet werden. Der Vorteil der geografischen Lage Wiens ist, dass das Wasser durch natürliches Gefälle, unterirdisch und ohne Pumpe, bis in die Stadt gelangt. Und noch besser: Aus der Energie des in das Wiener Becken flie­ßen­den Wassers wird ein Trinkwasserkraftwerk gespeist, das Strom für ca. 1000 Haushalte erzeugt [60]. Der durchschnittliche Trinkwasserverbrauch der 1,8 Millionen Bewohner liegt bei 370 000 m3 pro Tag [61].

Beispiel 3: Das Trinkwasser Zürichs

In Zürich kommt das Trinkwasser zu 70% aus dem Zürichsee, zu 15% aus Grundwasser und zu 15% aus Quellwasser. Das Seewasser wird in den Seewasserwerken Lengg und Moos in mehreren Stufen so gut aufbereitet, dass normalerweise auf eine Behandlung mit Chlordioxid verzichtet werden kann. Das aus dem Quellwasserwerk Sihlbrugg und dem Grundwasserwerk Hardhof abgegebene Wasser muss dagegen nicht aufbereitet werden. Die Züricher Wasserwerke versorgen über 500 000 Einwohner von Zürich und Umgebung mit durchschnittlich 144 000 m3 Trinkwasser pro Tag [62].

Der Trinkwasserpreis

2013 lag der mittlere Trinkwasserpreis in Deutschland bei 1,69 Euro pro Kubik­meter und der mittlere Abwasserpreis bei 2,36 Euro pro Kubikmeter (hinzu kommen noch ca. 86 Euro Grundgebühren im Jahr) [63], allerdings ist die Variationsbreite von einem Ort zum anderen sehr groß. Schwankungen bei den Trinkwasser- und Abwasserpreisen, im Extremfall um einen Faktor zwei, erklä­ren sich durch unterschiedliche Aufbereitungskosten aber auch durch unter­schiedliche Leitungswege und Reservoirkosten (die im ländlichen Milieu eine größere Rolle spielen); zum Teil werden die Preise natürlich auch vom jewei­ligen Wasser­versorgungsbetrieb bestimmt. In Österreich kosten 1000 Liter Trinkwasser im Mittel 1,20 Euro und in der Schweiz 1,80 Franken [64].

Im Schnitt gibt jeder Deutsche pro Tag ca. 54 Cent für Wasser aus (pro Jahr sind es inklu­sive Grundgebühr 82 Euro für die Wasserversorgung und 116 Euro für die Abwasserentsor­gung) und jeder Österreicher 44 Cent (pro Jahr sind es 66 Euro für die Wasserversorgung und 93 Euro für die Abwasserentsorgung) [65].

Wasserverbrauch im Wohnbereich

Lange war der Wasserverbrauch der Haushalte niedrig, weil man das Wasser an der Quelle holen musste und die Wäsche zum Beispiel am Dorfbrunnen gewa­schen wurde. Mit dem Verlegen von Wasserleitungen und dem Anschluss der Haushalte an die öffentliche Wasserversorgung stieg der Wasserverbrauch rapide an und moderner Wohnkomfort nahm seinen Einzug: Heutige Bade­zimmer sind mit Waschbecken, Badewanne/Dusche und WC (mit Spülung) ausgestat­tet, fast jeder Haushalt besitzt eine Waschmaschine und eine Spülmaschine.

Der Trinkwasserverbrauch geht in Deutschland, Österreich und der Schweiz seit Jahren zurück. Das hat verschiedene Gründe. Zum einen sind die Preise für Wasser und Abwas­ser stark gestiegen (das liegt allerdings zum Teil wiederum daran, dass der Wasserver­brauch niedriger ist), zum anderen verbrauchen moderne Waschmaschinen und Geschirr­spüler weniger Wasser. Auch die Stopp­taste bei der Toilettenspülung und wassersparende Armaturen führen zu einem geringeren Wasserverbrauch. Die Industrie spart ebenfalls Wasser durch den Einsatz von Kreisläufen bei der Kühlung mit Trinkwasser.

In Deutschland verbraucht ein Mensch im Durchschnitt 121 Liter Wasser pro Tag, in Österreich sind es 130 Liter und in der Schweiz 162 Liter pro Person und Tag [66]. Zum Vergleich: 1950 lag der Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland bei 85 Litern [67]. Nur ein sehr kleiner Teil dieses Wassers dient zum Trinken und zur Ernährung. Das meiste wird zur Körperpflege, für die Toilettenspülung und zum Waschen und Putzen verwendet.

Diagramm: Wasserverbrauch im Haushalt

Abb. 31: Wasserverbrauch im Haushalt in Deutschland [68]

Diagramm: Wasserverbrauch im Haushalt in Österreich          Kreisdiagramm: Wasserverbrauch im Haushalt in der Schweiz

Abb. 31b und 31c: Wasserverbrauch im Haushalt in Österreich und Wasserverbrauch im Haushalt in der Schweiz [66]

Neben diesem "direkten" Wasserverbrauch muss auch noch der Verbrauch von "virtuellem" Wasser – auch Wasser-Fußabdruck genannt – berücksichtigt wer­den. Wie viel Wasser "verbraucht" man, wenn man eine Scheibe Brot isst (ca. 40 Liter virtuelles Wasser), ein Glas Orangensaft trinkt (ca. 170 Liter virtuelles Wasser) oder sich ein neues T-Shirt aus Baumwolle kauft (ca. 4100 Liter Wasser) [69]. Zum Vergleich: In eine "normal große" Bade­wanne passen ca. 140 Liter Wasser. Insgesamt verbraucht jeder Mensch in Deutsch­land über 5000 Liter virtuelles Wasser pro Tag [70].

Wie kann man Wasser sparen?

Im Haus kann man an zahlreichen Stellen Wasser sparen. Neuere Wasch­maschinen verbrauchen bereits relativ wenig Wasser; man kann jedoch zusätzlich Wasser sparen, indem man die Waschmaschine erst anschaltet, wenn sie voll beladen ist, und bei wenig verschmutzter Wäsche auf die Vorwäsche verzichtet. Auch Geschirrspüler sollten immer voll beladen sein. Beim Geschirrspülen von Hand verbraucht man übrigens viel mehr Was­ser (und Energie) als beim Spülen mit dem Geschirrspüler (wenn dieser voll beladen ist).

Sehr viel Wasser – bis zu 20 Liter pro Person und Tag [71] – lässt sich durch die Anschaf­fung einer Toilettenspülung mit Stopptaste oder 2-Mengen-Spültechnik (3 l oder 6 l) einsparen. Und ein tropfender Wasserhahn (mit aufeinanderfolgenden Tropfen) entspricht einer Verschwendung von ca. 100 Liter Wasser am Tag. Ein Wechsel der Dichtung ist einfach und löst das Problem im Nu.

  Wasserverbrauch
Toilettenspülung (1 Mal) 10 l
Duschen (5 min) 60 l
Ein Vollbad 200 l
Wäschewaschen (Waschmaschine) 80 l
Spülen (Geschirrspülmaschine) 15 l
Spülen von Hand ("Inhalt" einer Spülmaschine) 50 l
Tropfender Wasserhahn (aufeinanderfolgende Tropfen) 4 l pro Stunde
Auto waschen mit dem Schlauch 200 l
Rasensprengen (100 m2 Garten, reicht für 2-3 Tage) 1000-1500 l
Schwimmbecken füllen (5 m Durchmesser, 1,20 m Tiefe) 24 000 l

Tabelle 3: Wasserverbrauch im Alltag

Wir sehen also, dass man mit relativ einfachen Maßnahmen Wasser sparen kann. Aber es geht noch besser: Regenwasser gibt es bei uns reichlich und ganz umsonst. In Deutsch­land zum Beispiel fallen durchschnittlich pro Qua­dratmeter und Jahr ca. 700 Liter Regen, in Österreich 1110 Liter und in der Schweiz 624 Liter [72].

Man kann das Regenwasser vom Dach in einen unterirdischen Wassertank leiten und zum Beispiel für den Garten oder zum Autowaschen verwenden. Auch für die Toilettenspülung oder zum Wäschewaschen ist Regenwasser geeignet. Es sollte allerdings zur Vorsicht vorher gefiltert und gereinigt werden. Regenwasser ist kein Trinkwasser. Die beiden Lei­tungssysteme, das für das Trinkwasser und das für das Regenwasser, müssen sauber getrennt bleiben: Die Wiederinstandsetzung einer durch Regenwasser verunreinigten Trink­wasser­leitung kann sehr teuer werden.

Wasserverteilungssysteme im Haus

Abb. 32: Wasserverteilungssysteme im Haus

Abwasseraufbereitung

Den Bewohnern Trinkwasser in guter Qualität zur Verfügung zu stellen, ist Sache der Wasserwerke. Je nach Ursprung des Wassers (Grund-, Quell- oder Oberflächenwasser) und je nachdem, ob das Wasser aufbereitet werden muss oder nicht, ist die Bereitstellung von Trinkwasser eine aufwendige Angelegen­heit (siehe weiter oben). Die Qualitätskon­trollen sind sehr streng.

Während in der Schweiz 100% und in Deutschland 99,2% der Bevölkerung an die öffen­tliche Wasserversorgung angeschlossen ist, liegt dieser Anteil in Österreich bei nur 90%. Bei der Abwasserentsorgung liegt der Anschlussgrad in der Schweiz bei 99%, in Deutsch­land bei 96,1% und in Österreich bei 91,7% (Daten von 2012 [Schweiz] bzw. 2007) [73]. Im ländli­chen Milieu sind manche Häuser, Dörfer oder abgelegene Teile von Dörfern nicht immer an die Kanalisa­tion angeschlossen. Während Abwasser, das über die kommunale Kanalisa­tion entsorgt wird, in einer Kläranlage gereinigt wird, muss die Entsorgung ohne Kanalisa­tion sorgfältig konzipiert und instandgehalten werden. Das Abwasser wird zunächst in einer Klärgrube geklärt: feste Stoffe und Fette setzen sich ab [74]. Anschließend sickert das Abwasser ins Erdreich oder in eine Sandgrube, in der (natürlich vorkommende) Mikroorga­nismen die restlichen Schadstoffe zersetzen – in CO2, Humus und Mineralsalze.

Vom ökologischen Wohnen zur nachhaltigen Stadt

Die Ausbreitung der Städte

Viele Menschen träumen von einem Eigenheim – einem Haus mit Garten in einer ruhigen, nicht zu dicht besiedelten Wohngegend. Gleichzeitig sollen aber auch Schulen in der Nähe sein, ebenso Sport- und Freizeiteinrichtungen, Geschäfte natürlich, und der Weg zur Arbeit sollte auch nicht so weit sein. Wer so leben möchte und es sich leisten kann, zieht in die "grünen Gegenden" am Stadt­rand.

Auf der anderen Seite ziehen auch viele Menschen ins Stadtzentrum und in zentrumsnahe Bezirke. Oft sind es jüngere Leute, die aus Kleinstädten oder aus ländlichen Gegenden kommen. Meistens gehören sie zu den Besserverdie­nenden, die sich größere Wohnungen leisten können. Die Beliebtheit der Innenstädte führt dazu, dass dort die Wohnungsmieten buchstäblich in den Himmel wachsen und die Alteingesessenen bzw. einkommens­schwache Bevöl­kerungsschichten gezwungen sind wegzuziehen. Sie ziehen ihrerseits in Groß­siedlungen am Stadtrand.

Diese Bevölkerungswanderungen führen zu dem generellen Trend großer Städte: Sie breiten sich aus, d. h. die Urbanisierung nimmt zu.

Eine unmittelbare Folge dieser Ausbreitung – und der oft schlechten Anbindung der Randbezirke und der stadtnahen Ortschaften an den öffentlichen Nah­verkehr – ist der zunehmende Autoverkehr. Es werden mehr und längere Strecken mit dem Auto zurück­gelegt. Das führt nicht nur zu einem erhöhten Ausstoß von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen, die Mensch und Umwelt belasten – Autofahren verbraucht auch wertvolle Rohstoffe und verursacht Lärm und Stress.

Wohndichte und Lebensqualität

Spricht man von urbaner Wohndichte, denkt man oft zunächst an die Groß­siedlungen, die in den 1970er Jahren entstanden, als man schnell und billig Wohnungen bereitstellen wol­lte. Aber diese Wohnblöcke sind in Wirklichkeit kein Modell für städtisch dichtes Wohnen. Die Wohndichte in diesen Siedlungen ist kaum größer als in manchen Vororten mit Eigen­heimsiedlungen, und sehr viel geringer als in Straßenzügen, die vor dem ersten Weltkrieg gebaut wurden und in denen die (Altbau-) Wohnungen heute sehr geschätzt sind.

Heute bemühen sich die Architekten, städtische Wohndichte und Lebens­qualität mitein­ander zu vereinen. Der städtische Raum soll dicht bewohnt und lebendig sein, durchsetzt mit Grün (Bäumen, Parks, Spielplätzen) und der für den Alltag notwendigen Infrastruktur: Schulen und Kindergärten, Sport- und Freizeiteinrichtungen, Banken, Geschäfte usw.

Förderung "sanfter" Verkehrsmittel

In einem dicht bewohnten städtischen Wohnviertel sollte die Fortbewegung aus eigener Muskelkraft – ob zu Fuß, mit dem Fahrrad, mit Inlineskates oder Klapproller – wieder ihre Daseinsberechtigung haben. Ein Fahrrad zum Beispiel kostet nicht so viel, es ist umwelt­freundlich und in städtischer Umgebung, für Entfernungen unter 6 km, ein sehr schnelles Verkehrsmittel. Ist die Stadt auch noch gut mit Fahrradwegen und/oder Fahrradspuren ausgestattet, ist das Fahrrad ein ideales Fortbewegungsmittel. Auch die öffentlichen Verkehrsmittel – Bus, Straßenbahn, U-Bahn und Zug – sind häufig schneller, umwelt­freund­licher und billiger als das Auto. Und wer nicht auf das Auto verzichten kann/möchte, kann versuchen Fahrgemeinschaften zu bilden.

Nachhaltige Städte und Ökoviertel

Eine ganze nachhaltige Stadt, die Energiesparen, Wohndichte, Umweltfreund­lichkeit und Einwohnerbedürfnisse in sich vereint, gibt es noch nicht. Es gibt jedoch immer mehr nach­haltige Stadtteile, sogenannte Ökoviertel. Die ersten entstanden in Nordeuropa, inzwischen tauchen sie aber vielerorts in Europa auf.

Sie lösen nicht alle Umweltprobleme. Will man zum Beispiel die Luftqualität einer Stadt verbessern, kann man das nur im größeren Maßstab erreichen – man muss die gesamte Stadt einbeziehen, womöglich sogar die ganze Region. Ökoviertel sind jedoch ökologisch gesehen ein Schritt in die richtige Richtung: der Wasser- und Energieverbrauch ist dort niedriger und es gibt weniger Autoverkehr

Bild: Die 5 Pfeiler eines Ökoviertels

Abb. 33: Was ein Viertel zum Ökoviertel macht (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Nehmen wir das Beispiel des Vauban-Viertels in Freiburg im Breisgau (siehe auch die Unterrichtseinheit "Was ist ein ökologisches Viertel?"). Sein Umbau wurde 2006 fertig­gestellt. Es entstand aus dem Wunsch, alte Kasernen, die nicht mehr benutzt wurden und illegal besetzt waren, nicht abzureißen, sondern zum Wohnviertel umzugestalten. Die Entfernung zum Stadtzentrum beträgt 3 km, das Viertel erstreckt sich über 38 ha und wird von 5000 Menschen in 2000 Wohnungen bewohnt. Es unterscheidet sich in mehrfacher Weise von einem "klassischen" Stadtviertel:

Zusammenfassung: Was ist eine umweltfreundliche Bauweise?

In den 1970er Jahren begann man sich bewusst zu werden, dass wir in einer "endlichen" Welt leben, das heißt, dass unser Planet so klein ist, dass das Tun der Menschen ihn entscheidend verändern kann (Erschöpfung der Ressourcen, Erderwärmung, usw.). Seither haben zahlreiche internationale Konferenzen, insbesondere der Erdgipfel von Rio de Janeiro (1992) und der Welt-Klimagipfel von Kyoto (1997), zum Nachdenken angeregt und näher bestimmt, wie eine nachhaltige Entwicklung aussehen könnte.

Beim Bauen bedeutet eine nachhaltige Entwicklung in erster Linie, den Energie­bedarf für die Heizung und die Kühlung der Gebäude zu minimieren. Beim Ener­giesparen im Woh­nungsbau haben sich in den letzten Jahrzehnten insbeson­dere die Länder Nordeuropas hervorgetan. Sie haben Rahmenbedingungen geschaffen (Fördermittel, Energieausweis, Energieeinsparverordnung [EnEV] in Deutschland, Energieausweis-Vorlage-Gesetz [EAVG] in Österreich, Energie­gesetz [EnG] in der Schweiz) und Energiestandards ent­wickelt. Und das nicht nur für Neubauten, sondern auch für Altbauten, diese Energiefresser ersten Ranges. Die Aufgabe ist riesig: In Europa besteht der Großteil aller Gebäude aus Altbauten bzw. schlecht gedämmten Häusern.

Durch ökologisches Bauen kann man immer wieder versuchen, die Belastung für die Umwelt geringzuhalten, in Bezug auf Ressourcen, Energieverbrauch, Schadstoffproduktion und Erhalt der biologischen Vielfalt.

Die Kriterien und die Prioritäten für eine ökologische Bauweise unterscheiden sich von Land zu Land. Die Energieeinsparung steht jedoch überall an erster Stelle. Es zeichnen sich zwei Tendenzen ab: Die eine beruht auf den Einsatz von technisch hochentwickelten Geräten und Baustoffen (High-Tech), die andere hält sich an einfachere, traditionelle und lang erprobte Lösungen und Baustoffe (Low-Tech).

Gehen wir Schritt für Schritt ein ökologisches Bauvorhaben durch:

Die Kriterien dieser Liste überschneiden sich teilweise. Wenn man ökologisch bauen möchte, muss man jeden dieser Punkte einzeln betrachten, ohne die Beziehungen zwischen ihnen aus den Augen zu verlieren. Letztendlich ist das Gebäude eine Art Ökosystem, dessen Elemente miteinander wechselwirken.

Energiestandards von Häusern

Ein Niedrigenergiehaus ist nicht überall gleich definiert. In Deutschland darf der Heizwär­mebedarf eines Niedrigenergiehauses nicht mehr als 70 kWh pro Quadratmeter und Jahr betragen; ein KfW-40-Haus zum Beispiel verbraucht sogar nicht mehr als 40 kWh/m2a (bzw. hat einen Primärenergiebedarf zwi­schen 40 und 79 kWh/m2a) [75]. In der Schweiz gibt es für Niedrigenergie­häuser mit einer Energiekennzahl (= Energieverbrauch für Raumheizung, Warmwasser, elektrische Lüftung, Klimatisierung) von unter 38 kWh/m2a bei Neubauten und unter 60 kWh/m2a bei Altbauten das Minergie-Zertifikat [76]. Zum Vergleich: In einem "normalen" Haus liegt der Heizwärmebedarf (je nach Baujahr) ungefähr zwischen 100 und 200 kWh/m2a.

Ein Passivhaus ist ein Haus, das aufgrund seiner guten Wärmedämmung und einer Belüftung mit Wärmerückgewinnung aus der Abluft kaum Energiekosten verursacht, weder zum Heizen (im Winter) noch zum Kühlen (im Sommer). Zum Heizen reichen an den meisten Tagen die durch die (in der Regel dreifach ver­glasten) Fenster eingestrahlte Sonnenenergie sowie die Abwärme von Geräten und Hausbewohnern. Der Heizwärmebedarf eines Passivhauses liegt unter 10-15 kWh/m2a. In der Schweiz gibt es für Passivhäuser, die eine Energie­kennzahl unter 30 kWh/m2a haben, das Minergie-P-Zertifikat [76].

Setzt man noch Solarmodule und/oder Solarkollektoren auf das Dach eines Passivhauses, hat man ein Nullenergiehaus oder sogar ein Plusenergie­haus, das mehr Energie erzeugt, als es verbraucht. Eigentümer von Plus­energiehäusern können die ihren Bedarf übersteigende Energie zu sehr attrak­tiven Preisen an die Elektrizitätswerke verkaufen und amortisieren so ihre Investitionen schon in wenigen Jahren (siehe weiter oben).

Inzwischen gibt es auch für Häuser einen Energieausweis, in dem der Ener­giebedarf eingetragen ist. In Österreich zum Beispiel sind Häuser – ähnlich wie elektrische Haus­haltsgeräte – in Energieeffizienzklassen eingeteilt, von A++ (Passivhaus, Nullenergie­haus), über A (Niedrigstenergiehaus), B (Niedrig­energiehaus) bis G (schlecht gedämmte Altbauten mit veralteter Heiztechnik).


Fußnoten

1: Henri Poincaré, französischer Mathematiker, Physiker und Wissenschafts­philosoph, 1854–1912

2: Aktuelle Daten zur Weltbevölkerung: World Data Bank
Prognose für 2050: Worldometers und United Nations, Department of Economic and Social Affairs

3: Verbrauch von Wasser bei der Zementherstellung: Probas/Umweltbundesamt / ifeu

4: Der jährliche Verbrauch von Beton wird auf 10 Milliarden Tonnen geschätzt (Quelle: Deutsche Bauchemie). Das entspricht über einer Tonne pro Kopf und Jahr.

5: Lehmvorkommen in Mitteleuropa

6: Neubauten in Deutschland 2012 (Daten des Statistischen Bundesamtes, Bauten mit Holz als überwiegend verwendetem Baustoff), Neubauten in der Schweiz 2011 und Neubauvorhaben in Österreich 2008

7: Waldfläche in Westdeutschland (inklusive West-Berlin) 1950–2000: Statistisches Bundesamt; Waldfläche in Deutschland 1992–2012: Statistisches Bundesamt: Bodenfläche nach Art der tatsächlichen Nutzung (Tab. 1.3)

8: Waldfläche in Österreich 1966–2009: Österreichische Waldinventur, Überblick

9: Waldfläche in der Schweiz 1870–1970: Forests, Forestry and Forest Policy in Switzerland, Seite 8; 1975–2003: Statistik Schweiz: Waldflächen und Forst­pflanzen in der Schweiz 1975–2003; 2004–2010: Statistik Schweiz: Waldflä­chen 2004–2010; ab 2011: Statistik Schweiz

10: Direkter und indirekter Energieverbrauch privater Haushalte in Deutschland 2006: Statistisches Bundesamt

11: Anteil der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand und bei den Neubauten in Deutschland (2011): Regionaldatenbank Deutschland

12: Anteil der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand und bei Neubauten in Österreich: Statistik Austria: Gebäude und Wohnungen nach Art des (Wohn-)Gebäudes und Statistik Austria: Bewilligte Wohnungen und bewilligte neue Gebäude,
in der Schweiz: Statistik Schweiz: Bau- und Wohnungswesen – Die wichtigsten Zahlen und Statistik Schweiz: Gebäude nach Gebäudekategorie,
in Frankreich: INSEE: Parc de résidences en habitat collectif ou individuel und INSEE: Logements mis en chantier

13: Daten für Deutschland 2011: Umweltbundesamt: Endenergieverbrauch der Haushalte

14: Daten für Österreich 2011/2012: Statistik Austria: Energieverbrauch der Haushalte nach Verwendungszwecken

15: Daten für die Schweiz: Bundesamt für Energie: Energieverbrauch privater Haushalte nach Verwendungszwecken (Tabelle 4.1)

16: Sonneneinstrahlung in Europa: Photovoltaic Geographical Informa­tion System und Swissolar

17: Primärenergieverbrauch verschiedener Häuser: Deutsche Energie-Agentur

18: Die kompakteste Form ist eine Kugel – daher auch die (halbrunde) Form eines Iglus!

19: Quellen für die in der Tabelle angegebenen technischen Daten der verschiedenen Dämmstoffe: Ökologisches Baustoffinformationssystem WECOBIS (Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung), u-wert.net
Weitere Informationen zu Dämmstoffen: Energiesparhaus.at; bauen.de; Sommerlicher Wärmeschutz (S. 46)

20: Hintergrundinformationen zu Mehrfachverglasung und Bauphysik im Allgemeinen: Bauphysik – Bau und Energie von May-Britt Kallenrode, 2005

21: Der Grenzwert für die Gefährlichkeit liegt bei 3%, normalerweise enthält Luft 0,04% CO2.

22: Weitere Informationen zum Luftbrunnen gibt es zum Beispiel auf energiesparen-im-haushalt.de

23: Säkularstation Potsdam Telegraphenberg: Bodentemperatur in unterschiedlichen Tiefen (bei Jahresgang auf "zeigen" klicken)

24: Daten für Deutschland: Primärenergieverbrauch 2013: 13,9 Exajoule (Quelle: AG Energiebilanzen); Fläche: 357 000 km2; 1 kWh = 3,6 MJ.

25: Daten für Österreich: Primärenergieverbrauch 2013: 1,12 Exajoule (Quelle: Statistik Austria), Fläche: 83 900 km2; Daten für die Schweiz: Primärenergieverbrauch 2013: 896 Petajoule (Quelle: Bundesamt für Energie), Fläche: 41 300 km2.

26: Größe von Kollektoren und Energieeinsparung: Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien

27: "Die durchschnittliche EEG-Vergütung für PV-Strom liegt im Jahr 2013 bei ca. 32 ct/kWh." Aber: Für Anlagen, die im Juli 2014 in Betrieb gegangen sind, werden im Mittel etwa 11 ct/kWh vergütet. (Quelle: Photovoltaik-Fakten des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, S. 10)
Durchschnittliche Haushaltsstrompreise in Deutschland 2013: 28,8 ct/kWh (für einen Drei-Personen-Haushalt), Österreich 2012: 20 ct/kWh und der Schweiz 2013: 19 Rp/kWh

28: SRREN – Summary for Policymakers, kurze Zusammenfassung des Berichts auf Deutsch: Kernaussagen des IPCC-Sonderberichtes

29: Preisvergleich einiger erneuerbarer Energieträger: SRREN – Summary for Policymakers, Seite 14, Abbildung SPM.5

30: Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: Statistisches Bundesamt

31: Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung: E-Control Statistikbroschüre 2013, Seite 24 (Zahlen für 2012)

32: Anteil der erneuerbaren Energien an der Netto-Elektrizitätsproduktion: Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien, Seite 6 (Zahlen für 2013, Bundesamt für Energie)

33: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme: Funktionsprinzip einer Wärmepumpe; weitere Informationen: Energie sparen durch Wärmepumpenanlagen

34: Heizwerte von Heizöl, Gas und verschiedenen Holzarten: Baumarkt.de
Preise für Heizöl, Gas und Holzpellets: Energieagentur NRW. Für den Strompreis siehe [27].

35: Deutsches Windenergie-Institut (Status zum 31.12.2013)

36: World Wind Energy Association

37: Weitere Informationen zu Windenergieanlagen: Welt der Physik: Technische Grundlagen für Windkraftanlagen

38: Deutsches Windenergie-Institut: Windenergienutzung in Deutschland (31.12.2013)

39: Anteil der Windenergie und anderer erneuerbarer Energiequellen an der Erzeugung von elektrischer Energie (Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, Zahlen für 2013)

40: alpha ventus

41: In der Schweiz entspräche das ungefähr dem Minergie-P-Standard.
Weitere Informationen zu Energiesparhäusern und Energiestandards: Energiesparhaus-Ratgeber

42: Siehe die wissenschaftlichen Hintergründe zu "Das Klima, mein Planet und ich!"

43: Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG 2014), Teil 1 – Allgemeine Bestimmungen (in dieser Fassung gültig ab 1. August 2014)

44: Eckpunkte der EEG-Novelle und [43]

45: Höhe der EEG-Umlage 2012, 2013 und 2014, Pressemitteilungen der Bundesnetzagentur vom 14.10.2011, 15.10.2012 und 15.10.2013

46: Ökostromförderung in Österreich

47: Abwicklungsstelle für Ökostrom – OeMAG

48: Schweizer Energiegesetz und "Zuschlag für grünen Strom [...]"

49: Man schätzt, dass Wasser nach dem gegenwärtigen Wissensstand ein Millionstel der Gesamtmasse des sichtbaren Universums ausmacht (Quelle: CNRS: Où y a-t-il de l’eau dans le cosmos?, wissenschaftliches Dossier zum Thema Wasser).

50: Auf der Erde gibt es ungefähr 1,4 Milliarden km3 Wasser (1 Kubikkilo­meter = tausend Milliarden Liter), Quelle: U.S. Geological Survey: Water Science School

51: WHO: Use of improved drinking water sources

52: WHO: Use of improved sanitation facilities

53: UNICEF-Seite zum Thema Wasser

54: The 4th United Nations World Water Development Report (WWDR-4): Managing Water under Uncertainty and Risk) (Tabellen 18.1 und 18.4)

55: Daten von Probas/Umweltbundesamt (bzw. Ökoinstitut und ifeu) für Papier, Stahl und Zement

56: Einige Länder, deren Wasserverbrauch im landwirtschaftlichen Bereich über 90% liegt (Quelle: aquastat/FAO):

57: Frischwasserverbrauch nach Sektoren: aquastat/FAO

58: Statistisches Bundesamt: Energieversorgung und Kühlwasser (Pressemitteilung 22.3.2011)

59: Berliner Trinkwasser, Gewinnung aus Grundwasser, Wasserwerke, Abwasser

60: Stadt Wien: Der Weg des Wiener Wassers in die Stadt

61: Wasserwerk: Wien – Daten und Fakten

62: Züricher Trinkwasser, Wasserwerke, Zahlen und Fakten (2013)

63: Entgelt für die Trinkwasserversorgung und die Entsorgung von Abwasser privater Haushalte (bei der Angabe der Grundgebühr 2013 wurde für das Abwasser das mittlere Entgelt von 2010 genommen, was wegen der geringen Steigerungen vertretbar ist)

64: Trinkwasserpreise in Österreich (ÖVGW) und der Schweiz (SVGW)

65: Vergleich Europäischer Wasser- und Abwasserpreise (VEWA-Studie des BDEW)

66: Pro-Kopf-Wasserverbrauch der Haushalte in Deutschland (2010), Österreich und der Schweiz

67: AG Hydrologie, IBU, Universität Oldenburg: Entwicklung des Wasserverbrauchs in Deutschland

68: Wasserverbrauch der Haushalte in Deutschland: Wasser macht Schule

69: UNESCO/Institute for Water Education: Water footprints of nations (Tabelle 4.2)

70: Water Footprint – Germany

71: Energiesparen im Haushalt: Einsatz neuer WC-Spülkästen

72: Indikatoren der Weltbank – mittlere jährliche Nierderschlagsmengen

73: Anteil der Bevölkerung mit Anschluss an die Wasserversorgung bzw. Abwasserentsorgung; Daten für die Schweiz (2012): Protokoll Wasser und Gesundheit (BAG/BAFU), Seite 16; Daten für Deutschland und Österreich (2007): siehe [65], Seite 11

74: Klärgruben müssen in regelmäßigen Abständen geleert werden und ihr Inhalt in ein Klärwerk transportiert werden.

75: Energiestandards von Häusern

76: Energiesparhaus Österreich

77: Minergie-Standard und Minergie-P-Zertifikat

Letzte Aktualisierung: 24.11.2014

Allgemeine Informationen E-Mail Alphabetischer Index Sitemap Häufig gestellte Fragen La main à la pâte
Was sind eigentlich Sonnentaler?

Anmeldung

Passwort vergessen?

Registrieren