Article from 10–2024

Kühlen wie Palladio

Atelierhaus in München und Wohnhaus in Bad Aibling von Florian Nagler Architekten

Florian Nagler und Thomas Auer im Gespräch mit Roland Züger, Pk. Odessa Co, Schels, Lanz (Bilder)

Wie lässt sich mit konstruktiven Überlegungen die Sonne draussen halten? Und wie kann der Wärmeschutz bereits in der Umgebung eines Gebäudes ansetzen? Fragen an den Architekten und den Klima-Ingenieur.

Die letzte Dekade des Bauens war geprägt vom Primat der gut gedämmten Gebäudehülle. Inzwischen gewinnen einige Bauten gar mehr Energie, als sie verbrauchen. Weitere Optimierungen beim Wärmeverlust sind aufwändig und scheinen heute kaum noch sinnvoll. Die Hitzesommer zeigen jedoch, die Herausforderungen des Klimawandels liegen weniger im Verhindern des Wärmeverlusts im Winter als beim Wärmeeintrag im Sommer.

Wir sitzen Mitte August in Florian Naglers neuem Atelier- und Wohnhaus in München-Pasing. Der Neubau ist Thema des Gesprächs, wie auch das Forschungshaus 4 in Bad Aibling, das die Ansätze der ersten drei Forschungshäuser am selben Ort weiterträgt (vgl. wbw 5 – 2022, S. 21 – 27). Beides sind Holzbauten, die zunächst wenig Speichermasse aufweisen. Hinzukommt das Credo vom Lowtech, dem Naglers Bauten verpflichtet sind. Wie schafft man also Kühlung ohne Klimaanlage?

Vormittags um 11 Uhr ist es noch angenehm. An den letzten fünf Tagen wurden draussen jedoch 30 Grad gemessen, nachts kühlte es auf rund 18 Grad ab. Und es stehen weitere heisse Tage an.

wbw Wann ist Ihnen beiden das erste Mal aufgefallen, dass die zukünftige klimatische Herausforderung im Hitzeschutz beim Bauen liegt?

Florian Nagler Im Urlaub im Piemont haben wir vor rund 15 Jahren einen heissen Sommer verbracht. Doch durch unsere Wohnung in einem schlanken dreigeschossigen Haus auf einer Hügelkuppe strömte ein sanfter Luftzug. Es blieb angenehm kühl. Unsere tiefen Grundrisse erschweren heute diese Querlüftung. Das hat die Technik übernommen. Vor acht Jahren hatten wir mit Hermann Kaufmann das Gymnasium Schmuttertal in Diedorf (vgl. wbw 11 – 2016, S. 14-18) gebaut, einen Holzbau mit einem Keller voller Haustechnik. Wir haben sehr viel Positives vom Bau mitgenommen (u.a. den Deutschen Architekturpreis). Aber nach wenigen Jahren in Betrieb und vier Hausmeisterwechseln konnte niemand mehr die Technik bedienen. Es muss einfacher gehen!

Thomas Auer Bei unserer Firma Transsolar war die Philosophie, dass Gebäude natürlich gekühlt und gelüftet werden. Aber in der Vergangenheit war der sommerliche Wärmeschutz in der Normung und häufig auch im Planungsalltag ein blinder Fleck. Viele Fragen blieben offen: Was bedeutet Komfort und was ist gesundheitlich relevant? Man konnte den sommerlichen Wärmeschutz beim Baugesuch bis vor kurzem durch Technikeinsatz nachweisen. Mein Schlüsselerlebnis war der Besuch eines Hochhausprojekts in Kanada. Es kühlt aus dank Wind, nutzt die Sonne zum Heizen, hat eine adaptive Hülle, die auf unterschiedliche Witterungszustände reagiert. Vor mehr als zehn Jahren wurde es ausgezeichnet, aber die Idee nie kopiert – das Modell ist offensichtlich zu kompliziert.

wbw So wie der Wind im Piemont oder in Kanada, spielt die Umgebung eine grosse Rolle bei der Kühlung. Hier vor Ort grenzt die Parzelle des Gartenhauses hinten an den Pasing-Nymphenburger Kanal mit Bäumen am Ufer bis nah ans Haus.

Nagler Umgeben von Grün und der Kühlung durch den Kanal sind wir in einer privilegierten Situation. In der Innenstadt sieht es anders aus. Und die Frage ist doch auch: Genügt das noch beim Klima in 30 Jahren? Wann kommen die passiven Systeme an ihre Grenzen? Wir müssen in Länder schauen, die schon heute unser Klima von morgen haben, beispielsweise jene am Mittelmeer.

Auer Natürlich arbeiten wir immer mit dem Mikroklima. Genauso wichtig ist die Frage, wie das Gebäude dieses beeinflusst. Fassaden bewerten wir immer nur in ihrer Wirkung nach innen, nie nach aussen. Sonnenschutzlamellen halten zwar ein Glashaus kühl, reflektieren aber die Strahlung und heizen so den Stadtraum auf. Die Frage ist also: Wie können wir mit unseren Gebäuden das Mikroklima verbessern? Von Andalusien kann man viel lernen.

wbw Da sind Sie in guter Gesellschaft. Wir haben in diesem Heft einen Beitrag zu Sevilla (vgl. S. 6 - 12).

Auer Ich bin begeistert von den Hofhäusern dort: aussen verschattet durch die Gassen, im Hof angenehmes Mikroklima. Die Innenräume sind dämmrig. Für die Tageslichtdosis geht man raus. Fensterläden halten die Sonne draussen und selbst die Strassen sind mit Textilien verschattet. Das zeigt: Man kann das Mikroklima aktiv beeinflussen.

Ich war im Sommer einmal in Córdoba. Dort wohnte ich in einem Hotel mit Innenhof, der tagsüber durch ein Textildach verschattet war. Abends wurde es zur Auskühlung zurückgezogen. Auch mit Wasser und Grünpflanzen wird dort seit Jahrhunderten gearbeitet. Wir könnten die Forschung eigentlich einstellen.

Nagler Bei uns wäre das ein zugbeanspruchtes Seilsystem mit aufwändiger Steuerung. Sofort landen wir beim hochkomplexen Ding, das selten funktioniert.

Auer Und nicht mehr finanzierbar ist.

Nagler Einfache Konzepte zum Sonnenschutz mit Pflanzen versuchen wir auch umzusetzen. Hier beim Atelierhaus wächst eine bodengebundene Begrünung am Haus empor und Spalierpflanzen stehen vor der Fassade im Süden. Beides kostet kein Vermögen, weder in der Anschaffung noch im Unterhalt. Pflanzen sind schön anzusehen, wechseln die Farbe und werfen kühlen Schatten.

Dank der Durchgrünung, dem Flussraum und der offenen Bebauung ist Pasing rund 2 Grad kühler als das Zentrum von München. Um das Grün zu behalten, haben wir beim Bau des Atelierhauses im Garten nicht mehr Fläche versiegelt als vorher – als hier ein Gartenschuppen stand. Das neue Haus hat keinen Keller, sondern steht zementfrei auf Schraubfundamenten. So erhalten die Wurzeln genügend Raum. Und eine Kiespackung hilft, das Regenwasser im Boden zu halten. In die Höhe zu bauen, um den Fussabdruck zu minimieren, war natürlich eine Herausforderung bei der Bewilligungsbehörde. Die Abstandsflächen haben wir bis auf den letzten Zentimeter ausgereizt.

wbw Welche Folgen hat das für den Grundriss?

Nagler Das schlanke Haus hat keine Flure, sondern eine Enfilade als Erschliessung. In jedem Raum liegen die Fenster an zwei Seiten, ermöglichen Querlüftung und Nachtauskühlung. Aber das Nutzerverhalten ist sehr unterschiedlich, sowohl beim Warm- als auch beim Kühlhalten. Es ist gar nicht so einfach, meinen Mitarbeitenden zu vermitteln, dass an heissen Tagen bei offenem Fenster die Wärme schnell drin ist.

wbw Was waren die Erkenntnisse hinsichtlich Kühlung bei den Forschungshäuern zum einfachen Bauen in Bad Aibling?

Nagler Wir haben vor der Erstellung der drei Häuser aus Dämmbeton, Dämmziegeln und Vollholz nach dem «idealen» Raum gesucht – im Hinblick darauf, dass er gut belichtet ist, im Winter so wenig Heizenergie wie möglich benötigt und im Sommer möglichst wenig Überhitzungsstunden hat (nach deutscher Norm ab 26 Grad): 2 605 Simulationen in den drei Materialien, in unterschiedlichen Proportionen. Das Ideal lag beim drei Meter breiten, sechs Meter tiefen und 3.30 Meter hohen Zimmer, der gute Altbau, ausgestattet mit einem hoch angesetzten, relativ kleinen Fenster. Und zwar bei allen drei Materialien und sogar unabhängig von der Himmelsrichtung.1

Auer Eine Frage war auch, wo bleibt die thermische Masse, wenn die Materialien immer leichter werden? In der Gründerzeit waren die hohen Wände beim Speichern relevant, bei geringeren Raumhöhen heute werden die Decken wichtiger.

wbw Wo ist die thermische Masse eigentlich am sinnvollsten eingesetzt: in Boden, Wand oder Decke?

Auer Grundsätzlich muss man die Wärme aus dem System kriegen, egal wo. Der Boden ist oft vollgestellt mit Möbeln, also eingeschränkt wirksam. Die Decke bleibt meist frei und wirkt in der gesamten Tiefe.

Nagler Vielleicht landen wir in Zukunft wieder bei massiven Wänden mit Holzbalkendecken, wie in der Gründerzeit, der Konstruktion von 80 Prozent aller Münchner Häuser.

Auer Eigentlich offensichtlich, aber es ging in Bad Aibling auch um die Auswirkung der Fensterflächen. Eine angemessene Dimensionierung ist die erste wichtige Massnahme.

wbw Was wären angemessene Fensterflächen?

Auer Im Büro 30 – 40 Prozent (je nach Raumhöhe), im Wohnungsbau 20 Prozent der Fassade.

Nagler In Bad Aibling haben wir einen Achtel der Grundfläche als Rohbauöffnung, wie die Mindestanforderung der Bayerischen Bauordnung. Das ergibt 12 – 15 Prozent der Fassade, sicherlich unter 20.

Auer Die hohen Räume machen es aus.

wbw Was kann man an der Fassade für den Sonnenschutz vorsehen?

Nagler Bei den drei Forschungshäusern in Bad Aibling konnten wir wegen der hohen Speicherwerte und der Eigenverschattung durch tiefe Leibungen auf einen aussenliegenden Sonnenschutz verzichten.

Auer Ein Sonnenschutz ist wartungsintensiv. Die Lamellen hängen mal schräg, Bänder können reissen. Wenn im Hochsommer alle Storen unten sind, wirkt die Fassade ästhetisch selten befriedigend. Mit dem fixen Sonnenschutz als Teil des Gebäudeentwurfs müssen wir uns mehr beschäftigen, selbst wenn er nicht perfekt regulierbar ist.

Nagler Beim Atelierhaus wirkt die vertiefte Fenstereinfassung als Brise-Soleil. Zudem gibt es robuste Klappläden in der tiefen Leibung.

wbw Was waren die Überlegungen in der Gebäudekonstruktion für die Kühlung?

Nagler Nach den drei Forschungshäusern bauen wir nun noch eine Serie von drei Häusern. Dabei wollen wir den Zement reduzieren und die erforderliche Speichermasse statt – wie bei der ersten Serie – durch 30 cm starke Stahlbetondecken durch den Baustoff Lehm bereitstellen. Beim Forschungshaus 4, das wir bereits realisiert haben, sind die tragenden Innen- und Treppenhauswände aus ungebrannten Lehmsteinen.

Beim Atelierhaus wollten wir ganz ohne Zement bauen, und weil es fast keine Innenwände gibt, ist der Lehm in die Decken gewandert – in Form von Lehmsteinen, die in eng aneinandergereihte Balken eingelegt sind. Beide Gebäude funktionieren über Speichermasse und Nachtauskühlung.

Auer Beim Holz ist nicht so sehr die fehlende thermische Masse das Problem, sondern seine geringe Wärmeleitfähigkeit. Die Wärme kriecht nur langsam rein und raus. Das machen mineralische Baustoffe besser. Zudem bringt der Klimawandel mehr Luftfeuchtigkeit, die ein Material aufnehmen muss. Holz reguliert die Luftfeuchte gut, ist aber hinsichtlich einer passiven Regulierung der Lufttemperatur weniger wirksam. Lehm ist für beides hervorragend geeignet, hat jedoch schlechtere statische Eigenschaften. Eine Kombination aus Holz und Lehm kann die Vorteile des jeweiligen Materials ideal nutzen.

wbw Bis zu welcher Tiefe ist der Lehm als thermische Masse wirksam?

Auer Lehm hat ähnliche thermische Eigenschaften wie Beton, wobei der Feuchteaustausch – sein hygrisches Verhalten – bei Betonbauteilen nahezu vernachlässigbar ist. Bei Beton geht man davon aus, dass im Tag-Nacht-Rhythmus ca. 5 cm be- und entladen werden können. Durch die hygrischen Eigenschaften des Lehms reicht eine etwas geringere Dicke zur Speicherung und Nachtauskühlung. Wobei dickere Bauteile auch längere Hitzeperioden von mehreren Tagen puffern können.

Nagler Lehm muss aber raus aus der Nische, industriell gefertigt und von normalen Rohbauern verarbeitet werden.

wbw Könnte man die Decke des Bürohauses denn heute im Wohnungsbau einsetzen?

Nagler Ja, man müsste sie aber stärker dimensionieren, einerseits um die Durchbiegung zu verringern und mehr Masse einbauen, andererseits um den Schallschutz zu verbessern. Wir haben sie hier nur so dimensioniert, dass sie hält.

wbw Noch waren die Mitarbeiter in der Etage über uns nicht zu hören.

Auer Unsere Kollegin an der TU München, Kathrin Dörfler, forscht mit dem Ziegelwerk Leipfinger-Bader zur Decke und den Möglichkeiten zur Vorfabrikation. Das Potenzial ist gross, denn die grösste Menge an CO₂ steckt in den Untergeschossen und den Betondecken.

wbw Müssen wir nicht auch über eine aktive Kühlung nachdenken, wenn es noch heisser wird?

Auer In den letzten Jahren haben wir oft Deckenventilatoren eingesetzt, um künstlich die Luft im Haus zu bewegen. Das wäre sicherlich auch im Wohnungsbau ein Mittel, um durch Luftbewegung eine Kühlwirkung zu erzeugen. Es ist jedoch richtig, dass wir vor allem in den Ballungszentren Hitzeperioden bekommen werden, die eine Kühlung erforderlich machen. Bis dahin haben wir im Sommer wohl einen Überschuss an Solarstrom, so dass eine Kühlung auch ökologisch vertretbar wäre – sofern man vernünftig kühlt. Aber wollen wir wirklich Kleinklimaanlagen an allen Fenstern, das nächtliche Brummen dieser Anlagen, so dass man gar kein Fenster mehr aufmachen will? Ausserdem tragen diese Anlagen nur noch mehr Wärme in den Stadtraum.

Wir sind jetzt an einem Punkt, an dem die CO₂-neutrale Wärmeversorgung der Zukunft konzipiert und umgesetzt wird. Die entscheidende Frage ist: Wie sieht unsere Infrastruktur für die Energieversorgung aus? Mit Fernwärme aus dem Heizwerk lässt sich nicht kühlen. Mit einer geothermisch gespeisten, kalten Fernwärme wäre es möglich, ohne dass irgendwann an allen Gebäuden Kleinklimageräte installiert sind. Darüber muss man bei der Wärmewende jetzt nachdenken.

Nagler Aber wenn es nur dazu dient, dass man im Hochsommer bei kühlen 20 Grad drinnen sitzen kann, macht es wenig Sinn.

Auer Einverstanden, bisher haben wir nur die Bürohäuser gekühlt, die Wohnungen nicht. Zukünftig müssen wir es eher umdrehen, weil die Leute öfter im Homeoffice sind. Die Soziologin Amelie Bauer hat im Rahmen ihrer Dissertation an der Ludwig-Maximilians-Universität München eine Untersuchung zum subjektiven thermischen Komfort im Homeoffice gemacht. Ihre Studien zeigen vereinfacht gesagt: Die Zufriedenheit ist in der wärmeren Wohnung gleich oder besser als im klimatisierten Büro.2

wbw Wo ist die Kühlung dringlich?

Auer Vor allem Ältere finden bei Hitze oft keine Erholung im Schlaf. Dafür wäre eine Kühlung sinnvoll – im Idealfall keine, die Geräusche macht und Zugerscheinungen verursacht. Aktivierte Lehmbauplatten könnten eine angenehme Strahlungskühlung bieten, wobei man eher von einer Temperierung sprechen sollte, da die Raumtemperatur nur wenig abgesenkt wird.

wbw Könnte man nicht auch mit gezieltem Wassereinsatz an Oberflächen durch dessen Verdunstung kühlen?

Auer Das ist sicherlich ein probates Mittel. An der Uni Stuttgart gibt es eine Forschung über die Bewässerung von Bauteilen, jedoch mit der Wirkung nach aussen, nicht nach innen.3 Mit Bepflanzung kann man recht einfach Verdunstungskühle herstellen. Als Ingenieur fürchtet man stehendes Wasser, denn wo Wasser steht, wächst recht schnell etwas und man bekommt eine Sporenbelastung. Kurzum: Wenn Wasser zum Einsatz kommt, braucht es kleine Mengen, die man regelmässig einfach austauschen kann: kleine Springbrunnen oder ein dünner Wasserfilm, der auf einer Oberfläche runterläuft. Ein stehendes Wasserbassin hat nur wenig Kühlwirkung.

Florian Nagler (1967) ist gelernter Zimmerer und gründete mit Barbara Nagler 1999 sein Büro in München. Er unterrichtet Entwerfen und Konstruieren an der TU München.

Thomas Auer (1965) ist Professor für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen an der TU München (TUM) und Partner im Büro Transsolar, einem Klimaingenieurbüro mit Sitz in München, Stuttgart und New York.

1 Vgl. Florian Nagler (Hg.), Einfach Bauen, ein Leitfaden, Basel 2021, sowie Anne Niemann, Florian Nagler (Hg.), Einfach Bauen II, Erkenntnisse, Basel 2024.
2 Die Dissertation von Amelie Bauer ist noch nicht abgeschlossen und veröffentlicht. Frühere Forschungsergebnisse zum Hitzeschutz sind auf www.lokale-passung.de (abgerufen am 27.8.2024) publiziert.
3 Vgl. www.hydroskin.com (abgerufen am 2.9.2024) sowie Christina Eisenbarth et al., «Potentials of hydroactive lightweight façades for urban climate resilience», in: Civil Engineering Design 4–2022, S. 14 – 24.

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