Das erste regulär genutzte Passivhaus wurde 1991 im Darmstädter Stadtteil Kranichstein bezogen. Von diesem Vierfamilienhaus lagen 25 Jahre Nutzungserfahrung¹⁾, Messprotokolle und zuverlässige Aussagen zu Nutzungsdauern der Systeme vor. Die Energieverbrauchsstatistik weist einen stabile Heizwärmeverbrauch von im Durchschnitt unter 9 kWh/(m²a) auf; dieser Wert ist geringer als der berechnete Bedarfswert nach dem PHPP (11 kWh/(m²a))(siehe auch: Kranichstein: Messergebnisse ). Schon das erste Demonstrationsvorhaben mit Passivhausstandard zeigte keinen „Performance Gap“. Vielmehr ist der Heizwärmeverbrauch aller vier Wohneinheiten auch heute noch deutlich geringer als ein Zehntel des entsprechenden Durchschnittswertes aller Wohngebäude in Deutschland. Alle im Haus in Kranichstein verwendeten Komponentenlösungen waren damals einzelhandwerklich erstellte Prototypen: Die Dämmung der Kellerdecke, der Außenwand und des Daches, die Luftdichtheitsebenen aller Hüllflächenbauteile, die Dreischeibenverglasungen, die handwerklich nachgedämmten Holzfensterrahmen, die Lüftung mit 80% Wärmerückgewinnung und der erste Einsatz von hocheffizienten EC-Motoren bei der Wohnungslüftung. Nach 25 Jahren war die Zeit gekommen, die Komponenten und die Gesamtfunktion ein weiteres Mal auf Herz und Nieren zu prüfen. Es stellt sich heraus, dass alle Systeme nach wie vor wie ursprünglich intendiert funktionieren und bis heute noch keine Bauteilinstandhaltung (bis auf den Austausch der Lippendichtungen in den Fenstern) vorgenommen wurde²⁾. Dies ist ein überzeugender Beleg für die Stabilität des Konzeptes.

Das Passivhaus-Konzept beruht auf wenigen konsequent verfolgten Verbesserungen an der Gebäudehülle und der Haustechnik. Bereits im bauvorbereitenden Forschungsprojekt war die Bedeutung dieser fünf Grundprinzipen (vgl. Tabelle 1) erkannt worden [Feist 1988]. Die konkrete Umsetzung im hier vorliegenden Fall wird in den folgenden Abschnitten genauer beschrieben – zugleich wird jeweils aus heutiger Sicht angemerkt, wie sich die Wahl der Konstruktion bewährt hat.

Tabelle 1: Die entscheidenden Grundprinzipien des Passivhauskonzeptes, ihre Umsetzung im Pilotprojekt und die bei der Untersuchung nach 25 Jahren durchgeführten Tests

Abbildung 1 Warmdachaufbau im Passivhaus Darmstadt Kranichstein; die Tragkonstruktion wird durch Nordex-Stegträger gebildet; innen: Dampfbremse aus PE-Folie, GK-Platte; Außen: 50 mm Spanplatte, Wurzelfolie, Gründachaufbau

Die Verwendung von Gründächern war im Baugebiet bindend festgelegt. Der Grasdachaufbau (Abbildung 1) liegt auf einer von Stegträgern abgetragenen Spanplatte. Der Achsabstand der Stegträger konnte mit 1,08 m relativ hoch gewählt werden. Zum Raum hin folgt eine Konterlattung (45 mm), die durchgehende Luftdichtung und Dampfbremse (Polyäthylenfolie) und eine Gipskartonplatte. Bei 445 mm Dämmstoffdicke ergibt sich ein Dach-U-Wert mit weniger als 0,1 W/(m²K). Warmdachaufbauten sind in den letzten Jahren stark in die Kritik gekommen, weil sie im Schadensfall kein hohes Wiederaustrocknungspotential haben. Wird ein solcher Aufbau verwendet, so muss konstruktiv sichergestellt sein, dass es gar nicht erst zu einer Auffeuchtung kommt. Dies ist hier durch eine sorgfältige verlegte innen liegende Luftdichtheits- und Dampfbremsbahn (hier: PE-Folie) erfolgt. Besonders kommt es dabei auf die luftdichten Anschlüsse zu den Außenwänden an; deren Wirksamkeit wird im übernächsten Abschnitt beschrieben und belegt. Trotz der sehr hohen Wasserdampfdiffusionswiderstände auf beiden Seiten dieses Aufbaus stellt sich im Inneren im Verlauf der Jahrzehnte ein Gleichgewichtsfeuchtigkeitsprofil ein. Dieses wurde für den hier vorliegenden Aufbau:

• Messtechnisch durch eine Dauermessung der aw-Werte bestimmt [Feist, Pfluger 2016]
• mit den hygrothermischen Berechnungen nach Delphin für den Aufbau verglichen und
• durch Auswiegen und Ausheizen zur gravimetrischen Feuchtebestimmung mit einer aus dem Aufbau gezogenen Dämmstoffprobe bestätigt.

In [Feist/Ebel 2016] sind die bisher erhaltenen Ergebnisse beschrieben, die Messungen werden weiter fortgesetzt. Aus den bisherigen Ergebnissen, welche die eigentlich kritische Winterphase enthalten, ergibt sich:

• Der Warmdachaufbau verhält sich im Rahmen der Messgenauigkeit so, wie nach der hygrothermischen Simulation mit korrekt gewählten Randbedingungen zu erwarten.
• Die Feuchtegleichgewichte stellen sich bei einem solchen Aufbau erst nach ca. 15 bis 20 Jahren ein.
• An jeder Stelle des überall unbeschädigten Aufbaus, auch an der kritischsten Stelle (das ist unmittelbar unter der Spanplatte) ergeben sich sowohl nach der Messung als auch nach der Simulation zu keinem Zeitpunkt bedenkliche Werte für die Materialfeuchtigkeit, der Januar-Wert liegt um 12,7 Massenprozent Materialfeuchte (bis zu 15% wären an dieser Stelle unbedenklich).

Trotz ungünstiger Orientierung (Norddach!), langen Zeiten mit nahezu 100% aw-Wert im Außenbereich (Substrat des Gründaches) ist der hier vorliegende Aufbau seit 25 Jahren schadensfrei und von allen Feuchtewerten her unkritisch. Eine etwas höhere Austrocknungsreserve im Schadensfall ließe sich durch Verwendung heute verfügbarer feuchteadaptiver Dampfbremsen auf der Innenseite oder/und durch Verwendung eines kapillaraktiven Einblasdämmstoffes (z.B. Zellulose-Dämmstoff) erzielen. Auch bei diesen Lösungen ist eine sorgfältige Luftdichtheit jedoch der entscheidende Schlüssel zur Schadensfreiheit der Konstruktion; gleichfalls entscheidend ist es, auf das Einhalten eines Mindestgefälles³⁾ zu achten – stehende Wasserpfützen sind auf Dauer für einen solchen Aufbau (wie für jeden anderen Aufbau) nicht zuträglich. Anmerkung: Eine sehr hohe Sicherheit wird hier nur durch einen hinterlüfteten Dachaufbau erreicht, der aber erheblich höhere Investitionskosten erfordert. Diese Aussage gilt unabhängig von der verwendeten Dämmdicke.

Fazit: Hochgedämmte Dachkonstruktionen sind auch als leichtes Holzdach, sogar mit Gründachauflage, dauerhaft schadensfrei realisierbar, wenn auf die Luftdichtheit auf der Innenseite und einen wasserableitenden Aufbau auf der Außenseite geachtet wird; dafür gibt es mehrere Alternativen, von denen die Autoren einer hinterlüfteten Deckung mit Unterdach (z.B. Unterspannbahn, aber auch Holzwerkstoffplatte oder Holzschalung, winddicht) den Vorzug geben. Im vorliegenden Fall hat auch der Warmdachaufbau einwandfrei funktioniert. Die Dauerhaftigkeit des hier untersuchten Aufbaus sowie der hinterlüfteten Varianten ist (ohne Gewalteinwirkung) praktisch unbegrenzt.

Die Außenwand wurde als 175 mm (Süd-/Nordfassade) bzw. 240 mm (sonstige) Kalksandsteinwand errichtet; innenseitig verputzt (Gips), außen mit einer zweilagigen Dämmung (150 mm + 125 mm EPS) als Wärmedämmverbundsystem geschützt; der Außenputz ist ein seit 25 Jahren nicht neu gestrichener mineralischer Putz. Der U-Wert dieser Außenwand beträgt im Neuzustand 0,137 W/(m²K).

Die Sichtkontrolle der Fassade zeigt eine überall intakte, vergraute, teilweise unregelmäßig verschmutzte (Vandalismus) Außenoberfläche. Nach Experteneinschätzung bedarf der Außenputz auch gegenwärtig (25 a) noch keiner Erneuerung; ein Neuanstrich ist ggflls. mit einer diffusionsoffenen wasserabweisenden Silikatfarbe aus ästhetischen Gründen möglich, aber derzeit nicht notwendig.

Abbildung 2 Entnommene Probe mit Putz und Dämmstoff aus der Außendämmung der Westwand des Passivhauses Darmstadt Kranichstein; der Putz ist durch und durch fest wie eine Betonplatte; der Dämmstoff erweckt visuell und haptisch den Eindruck, als ob er gerade eben verbaut worden wäre. Alle Kennwerte der Materialien entsprechen den Neuwerten. Diese Konstruktion wird problemlos weitere 25 Jahre halten.

In der Fachwelt ist zweifelsfrei anerkannt, dass die gemauerte Massivwand aus Kalksandstein (KS) und der Innenputz, sofern keine unsachgemäße Nutzung erfolgt, über Jahrhunderte unverändert Bestand haben – diese Teilkomponenten müssen daher nicht untersucht werden. Dagegen werden teilweise immer noch sehr geringe Zeiträume für die Dauerhaftigkeit von Wärmedämmverbundsystemen angegeben, obwohl auch hier die Literatur aus Langzeituntersuchungen eine sehr lange Lebensdauer belegt. Zur weiteren Klärung wurde im Passivhaus Darmstadt Kranichstein am 24.02.2016 eine Probe aus dem WdVS herausgeschnitten (Abbildung 2). Dazu wurde der mineralische Putz mit der Flex quadratisch eingeschnitten und sodann mit einem Thermoschneidegerät eine ca. 320 mm mal 320 mm WdVS-Probe bis zur Klebeschicht der äußersten Dämmlage entnommen: Diese Probe wurde im Labor des Instituts für Konstruktion und Materialwissenschaften (Prof. Dr. Saxer) weiter zerlegt und es werden bestimmt:

• Die Rohdichte des Dämmstoffes (Ergebnis 14,92(17) kg/m³ < wie Neuwert>)
• die Druckfestigkeit des EPS (Ergebnis s10 = 59 kPa <wie Neuwert>)
• die Wärmeleitfähigkeit des EPS (Ergebnis 0,0412(12) W/(mK) <wie Neuwert>)
• Die dynamische Steifigkeit des EPS (wie Neuwert)
• Der Feuchtegehalt in zwei Lagen des EPS (Ergebnis: überall weniger als 0,5 Masse-Prozent <außerordentlich trocken>)

Fest steht, dass der gesamte Aufbau vollständig trocken, ohne Masseverlust und mit unveränderter Wärmeleitfähigkeit wirksam ist. Von besonderem Interesse ist die Beurteilung der ebenfalls herausgeschnittenen Probe des mineralischen Außenputzes. Nach der visuellen und haptischen Beurteilung (Foto!) ist der Putz in seiner gesamten durchgehenden Struktur (≥ 10 mm) solide, rissfrei und haftet durchgehend an der Dämmschicht. Der Eindruck entspricht hier eher dem einer (faserverstärkten) Betonplatte.

Zu dieser Außenwand gibt es zudem Werte einer langjährigen Messung der Temperaturen im Wandquerschnitt, aus denen eine Reihe interessanter Ergebnisse gezogen werden können; das ist auf Passipedia im Beitrag Details der Messung von Wandquerschnitts-Temperaturen dokumentiert.

Fazit: Hochgedämmte Wandkonstruktionen sind im Massivbau mit jedem denkbaren Wandbildner⁴⁾ ausführbar; sehr kostengünstig mit WdVS, aber auch mit einer Unterkonstruktion, welche nahezu alle Dämmmethoden und Dämmstoffe ermöglicht. Diese Systeme bleiben dauerhaft wirksam, trocken und witterungsbeständig, wenn sie einen mit Glasseidengewebe verstärkten mineralischen Außenputz aufweisen. Die prognostizierte Nutzungszeit eines solchen Putzes ist auch in stark bewitterten Lagen länger als 50 Jahre; die Dämmlagen sind noch länger beständig, es ist nur evtl. die Putzschicht (möglicherweise auf neuem Putzträger) zu erneuern. Als Dämmstoffe können heute EPS-, XPS-, PUR/PIR-, Mineralwolle, Kork, Holzfaser und Mineralschaum-Dämmplatten eingesetzt werden.

Diese Aufgabe betrifft vor allen die Anschlüsse von Bauteilen der Hüllfläche – dies ist primär durch eine entsprechende Planung zu gewährleisten, die im Fall des Passivhause in Kranichstein erfolgt ist und bereits ausführlich dokumentiert wurde [Feist 1997]: Die gesamte Hülle ist wärmebrückenfrei. Für die Nachuntersuchung interessant sind solche Anschlussbereiche, in denen sich Dämmstoffe evtl. verschieben oder setzen könnten. Dies könnte z.B. beim Anschluss des Einblasdämmstoffes im Dach an die Außenwand im First der Fall sein. Abbildung 3 zeigt diese Anschlussstelle im Gästezimmer des Endhauses: die geometrische Wirkung des zweidimensionalen Wärmestroms von Außenwand und Dach ist durch eine geringfügig niedrigere Temperatur (0,7 K) erkennbar (Außentemperatur um 4°C, operative Innentemperatur 21,7°C). Das entspricht der numerischen Berechnung – es gibt keinen Hinweis auf eine Zunahme der Wärmeverluste nach 25 Jahren Nutzung.

Abbildung 3 Innen-IR-Thermographie des Anschlusses Außenwand/Dach (vom 01.01.2016): Die Temperaturen der regulären Oberflächen (um 21°C) unterscheiden sich kaum von der mittleren operativen Temperatur im Raum. Gut ist die geometrische Wärmebrücke am Anschluss Dach/Wand (First) erkennbar; die Temperaturen fallen nicht unter 20,6°C, überall liegen hygienisch einwandfreie Verhältnisse vor. Bei genauer Betrachtung kann die Konterlattung als geringfügige Schwächung im Dach erkannt werden (dies geht in die normgerechte Berechnung das Dach-U-Wertes mit ein).

Abbildung 4 Außen-IR-Thermographie der Ostwand des Passivhauses DA-Kranichstein (01.01.2016): Die Temperaturen der regulären Oberflächen unterscheiden sich mit um 4,2°C kaum von der mittleren Außentemperaturen frei stehender Objekte (Busch, 4°C). Auf der Außenwand sind keine bedeutenden Temperaturunterschiede erkennbar – gut aber der Fortluftauslass und das Fenster im OG. Interessant ist auch der „Hotspot“ auf dem Dach: Das ist der Auslass der Überdachentlüftung des Abwasserfallrohrs - ein Wärmeverlust, den wir bei der Projektierung bereits erkannt und berücksichtigt haben; die Überdachentlüftung gibt es nur an dieser einen Stelle in der gesamten Hauszeile. Beachte: Die Strahlungstemperatur des (bewölkten) Himmels liegt bei nur 2,3°C. Der Basketball-Korb vor dem Glasvorbau ist bei genauer Betrachtung ebenfalls deutlich erkennbar. Rechts: Fotographie zum Vergleich.

Fazit: Wärmebrückenfreie Anschlüsse sind auch im Massivbau generell plan- und ausführbar. Die in Kranichstein gewählten Lösungen haben sich auch über 25 Jahre Nutzung an keiner Stelle messbar verändert – das Objekt ist rundum wärmebrückenfrei (mit einer einzelnen nicht relevanten Fehlstelle durch mangelnde Bauaufsicht, vgl. [Feist/Pfluger 2016]). Zertifizierte Bausysteme sind heute mit dauerhaft wärmebrückenfreien Lösungen für alle Bauarten und Bauweisen verfügbar (vgl. http://www.passiv.de). Die wärmebrückenfreie Ausführung von Gebäudehüllflächen reduziert nicht nur die Wärmeverluste: Sie hilft, kalte Oberflächen im Raum zu vermeiden und reduziert dadurch das Risiko von feuchtebedingten Bauschäden. Das wiederum erlaubt eine längere Nutzung des gesamten Bauwerkes. Bei kompetenter Planung kann der Investitionskostenaufwand für die wärmebrückenfreie Konstruktion sehr gering sein.

Wie die Wärmebrückenfreiheit ist die Luftdichtheit vor allem eine Planungsaufgabe – insbesondere kommt es hier auf die Auswahl dauerhaft luftdichter Anschlüsse an; im Gebäude in Kranichstein wurde am 12.02.2016 nach 25 Jahren ein erneuter Luftdichtheitstest durchgeführt, dessen Ergebnisse in [Feist/Ebel 2016],[Feist/Pfluger 2016] genauer ausgeführt werden: Nach diesen Ergebnissen haben einzig die Fenster-Lippendichtungen nach 25 Jahren an Elastizität verloren (n₅₀ von 0,17 auf 0,26 h^-1). Diese wurden erneuert (das entspricht normalen Erneuerungszyklen von Verschleißteilen) und die ursprünglich dokumentierte Luftdichtheit mit 0,21 h^-1 (im Rahmen der Messgenauigkeit) wieder erreicht. Alle kritischen Anschlusspunkte (insbesondere der Anschluss Leichtbau im Dach <PE-Folie> and Massivbau-Außenwand <Innenputz>) erwiesen sich auch nach 25 Jahren als absolut luftdicht (vgl. Abbildung 5). Der erwähnte Anschluss wurde durch ein Überputzen der Folie mit dem Putz der Außenwand erreicht.

Überlappende Folie (Luftdichtheits-ebene des Daches) zur Außenwand (Massivmauer) (Foto auf der Baustelle 1991) Streckmetall-Putzträger und Überputzen der Folie (Baustellenfoto 1991) Zustand 2016: Der Riss in der Tapete ist an dieser Stelle unvermeidbar (oben), das IR-Bild zeigt aber, dass der Anschluss (darunterliegende PE-Folie) nach wie vor perfekt luftdicht ist.

Abbildung 5 Der luftdichte Anschluss der Dach- und die Wandkonstruktion erfolgte 1991 durch ein Überputzen der überlappenden PE-Folie mit Innenputz auf Putzträger (mittleres Bild). Dieser Anschluss bewahrt auch bei starken Beanspruchungen (thermische und hygrische Dehnung, Erdbeben) seine perfekte Luftdichtheit. Nach 25 a ist daher in der Oberfläche (Tapete) der unvermeidbare Riss erkennbar, der darunterliegende Folienanschluss bleibt jedoch dicht (dazu wurde beim Drucktest auch ein Video mit Rauchdetektor aufgenommen).

Ein modernes Passivhaus-Fenster hat vier entscheidende Konstituenten: (I) eine hocheffiziente Verglasung; in Mitteleuropa ist das eine Dreischeiben-low-e-Verglasung mit Edelgasfüllung (II); einen thermisch getrennter Randverbund (III), einen in der Dämmung verbesserter Fensterrahmen und (IV) einen wärmebrückenarmen sowie luftdichten Einbau in die Wandebene. Alle vier Beiträge sind auch beim ersten Passivhausfenster im Projekt in Kranichstein bereits zum Einsatz gekommen – und zwar jeweils als Prototypen. Wie sehen diese Konstituenten nach 25 Jahren aus?

Bei den in Kranichstein verwendeten Verglasungen handelt es sich um eine Einzelfertigung mit 3 mal 4 mm Floatglas, beschichtet auf den Flächen 3 und 5, mit 8 mm Scheibenabstand und Kryptonfüllung. Die 1990 verfügbaren Low-e-Beschichtungen wiesen ein Epsilon von um 0,1 auf: Bei einem (angenommenen) Krypton-Füllgrad von 95% (Rest Luft) hatte der ursprüngliche U-Wert der Verglasung 0,75(3) W/(m²K) betragen. In den nun 25 Jahren Nutzungsdauer gab es verschiedene oft kontrovers geführte Debatten:

1. Ob solche Verglasungen die Edelgasfüllung ausreichen lang behalten,
2. Ob Strahlungsabsorption zu unzulässigen thermischen Belastungen führt,
3. Ob Pumpeffekte durch Temperaturwechsel die Haltbarkeit des Randverbundes beeinflussen,
4. Ob die Aufbringung der dritten Scheibe viel zu teuer und ökonomisch nicht tragfähig ist.

Mit den Untersuchungen zum Passivhaus Kranichstein können diese Fragen überwiegend klar beantwortet werden:

1. ' Es wurde eine mobile Wärmestrom-Mess-Apparatur gebaut und eine zugehörige Auswerte-Software (vgl. [Feist/Ebel 2016]). Damit konnten die Verglasungs-U-Werte von sechs der verwendeten Verglasungen nach 25 Jahren auf ±0,05 W/(m²K) zu im Mittel bei fünf der untersuchten Scheiben 0,78 W/(m²K) bestimmt werden; eine der Scheiben weist 0,97 W/(m²K) auf. Damit kann der Gasverlust im überwiegenden Feld der Verglasungen mit weniger als 0,2(1)%/a quantifiziert werden. Bei der einen Scheibe kann im Nachhinein nicht eindeutig festgestellt werden, ob sie möglicherweise schon am Anfang einen etwas geringeren Füllgrad von dann nur 65% Krypton aufgewiesen hat ; hatte die Verglasung am Anfang auch einen 95%igen Füllgrad, so wäre für diese Verglasung der Gasverlust mit 1,2(2)%/a zu beziffern. Fazit: Die Gasverlustrate ist i.a. mit unter 0,25%/a extrem gering; in etwa 15% der Fälle können Raten von um 1%/a auftreten; auch in diesen Fällen ist die funktionale Nutzungsdauer der Dreischeiben-Verglasung mit jedenfalls über 40 Jahren zu bemessen. Die Empfindlichkeit gegenüber Gasverlusten nimmt stark ab, wenn Argon als Füllgas verwendet wird und der Scheibenabstand auf 2 x 15mm erhöht wird. Zusammen mit den heute verfügbaren besseren Beschichtungen verbessert dies auch den Anfangs-U-Wert auf unter 0,60 W/(m²K). Um den mittleren Gasverlusten Rechnung zu tragen, sollte der Nenn-U-Wert der Verglasung bei einem Füllgrad von 85% angegeben werden, aber eine Befüllung auf 95% angestrebt werden.
2. ' Tatsächlich kam es im ersten Jahr (1992) zu einer Reihe thermisch bedingten Scheibensprünge - die Industrie ging daraufhin dazu über, die Beschichtungen auf die Ebenen 2 und 5 zu legen, um die Absorption in der mittleren Scheibe zu reduzieren. Außerdem konnten die Absorptionsgrade der Beschichtungen immer mehr verringert werden; soll dennoch die mittlere Scheibe beschichtet werden, so muss dort teilvorgespanntes Glas (oder Einschieben-Sicherheitsglas) eingesetzt werden. Seit diese Zusammenhänge geklärt sind [Feist/Holtmann 1998], ist das Thema Scheibensprung nur noch ganz vereinzelt bei unsachgemäßer Lagerung oder Transport relevant.
3. ' Das „Pumpphänomen“ wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Bei den nur geringen Scheibenabständen in Kranichstein (2 x 8 mm) ist nach generellem Konsens kein Problem zu erwarten – und auch keines aufgetreten. Neueste Entwicklungen beim Randverbund gehen dazu über, den Pumpeffekt durch Volumenaufnahme des sich thermisch ausdehnenden Füllgases zu reduzieren.
4. ' Etwa 2012/13 stellte die Industrie in Deutschland auf automatische Fertigung von Dreischeibenverglasungen um; damit fiel der Mehrpreis von Drei- zu Zweischeibenglas auf weniger als 25 €/m² Glasfläche (Endverbraucherpreis). Da entsprechende Verglasungen über 3 € je Quadratmeter und Jahr an Heizkosten einsparen und mindestens 25 Jahre halten (vgl. oben), ist die Wirtschaftlichkeit der Drei- statt Zweischeibenverglasung heute unbestritten. In Deutschland wird daher heute bereits überwiegend Dreischeibenglas verbaut, im Neubau und bei der Sanierung. Obwohl der Gesetzgeber bis heute immer noch zögert, Dreischeibenverglasungen obligatorisch zu fordern, hat sich deren Verwendung am Markt inzwischen durchgesetzt. Fazit: Wer heute noch Zweischeibenverglasung verwendet, verschwendet Geld und Ressourcen und lässt sich besseren Komfort entgehen. Die Politik sollte U_g-Werte von Verglasungen unter 0,75 W/(m²K) im kühl-gemäßigten Klima generell vorschreiben – im Neubau und bei der Sanierung.
   

…weist das Fenster in Kranichstein nicht auf, da 1990 keine anderen als Aluminium-Abstandhalter verfügbar waren. Erstmals in der Dissertation [Feist 1993] wurden rechnerisch die Vorteile der Randverlustminimierung durch Edelstahl- oder Kunststoffabstandhalter nachgewiesen. Diese Produkte wurden aber erst viele Jahre später am Markt verfügbar – inzwischen gibt es über zehn⁵⁾ Passivhaus-zertifizierte thermisch getrennte Abstandhalter. In Kranichstein war stattdessen eine andere Lösung realisiert worden: Die Dämmung des Fensterrahmens wurde einige Zentimeter über das Glas gezogen („erhöhter Glaseinstand“), wodurch für die Wärme ein Umweg über mehrere cm durch das nur 4mm starke Glas entsteht (vgl. Abbildung 6).

Abbildung 6 Diagramm: Temperaturverlauf auf der Oberfläche des Fensters; rote Kurve: die Messung durch thermographische Aufnahme, welche auch farbkodiert im untersten IR-Bildausschnitt dargestellt wird. graue Rauten: zweidimensionale Berechnung des Wärmestroms (M. John, 2016). Aus dieser Berechnung ergab sich der Wärmebrückenverlustkoeffizient (EN 13077) zu $\Psi$ = 0,03 W/(mK) für die Lösung mit erhöhtem Glaseinstand in Kranichstein.

Fazit: Die im ersten Passivhaus verwendete Lösung funktioniert und vermeidet konsequent Tauwasser am Glasrand. Vergleichbare Wärmebrückenverlustkoeffizienten $\Psi$ sind heute durch zertifizierte thermisch getrennte Abstandhalter erreichbar, wodurch sich die freie Glasfläche (Apertur) erhöht. Diese Lösungen sind heute Standard – der nicht thermisch trennende Randverbund sollte gesetzlich unzulässig sein, da er nur Nachteile aufweist und die Kosten der verbesserten Lösung vernachlässigbar sind (weniger als 50 Cent pro Quadratmeter Glasfläche).

…sind erstmals im Demonstrationsprojekt Passivhaus Kranichstein verwendet worden – das Detail der Dämmschalen ist in Abb. 8 des Beitrages [Feist/Ebel 2016] dokumentiert, die Berechnungsergebnisse mit einem modernen 2D-Wärmestromprogramm in Abbildung 6 (oben). Durch die Dämmschalen haben die Holzfenster einen U_f-Wert von 0,62(2) W/(m²K). Das ist auch für heutige Passivhaus-Fenster noch ein gutes Ergebnis. Immer wieder waren Bedenken bzgl. der beidseitigen Kapselung des Holzrahmens mit Integralschaumdämmung geäußert wurden – die Bauphysik lieferte hier von Anfang an ein klares Ergebnis: Durch die Zusatzdämmung werden die Holzrahmen auf ein gleichmäßiges Temperaturniveau gebracht und vor Flüssigwassereinwirkung geschützt⁶⁾. Die Materialfeuchte im Holzrahmen wurde zur Kontrolle in regelmäßigen Abständen gemessen (Gann Hygromette, Widerstandsmessung, Fichte): die Werte liegen hier um 9,2(±1,2) Masseprozent, das entspricht ziemlich genau der Innenraum-Ausgleichsfeuchte von Holz (20°C, 50% rel. Feu.): das Holz ist als durchgehend und zeitlich stabil trocken anzusehen. Bei diesen Bedingungen gibt es keine Chance für holzzerstörende Mikroorganismen, die Fensterrahmen könnten hier unbegrenzt halten⁷⁾ .

Fazit: Wärmegedämmte Fensterrahmen sind ein Schlüsselelement des Passivhaus-Konzeptes. Die bessere Dämmung erhöht den Schutz des Bauteils und die innere Oberflächentemperatur; bei außenseitigen Dämmschalen nimmt die thermische und die hygrische Belastung des Bauteils ab, eine höhere Nutzungsdauer ist daher zu erwarten. Feuchtemessungen an den Prototyp-Rahmen im Passivhaus Kranichstein nach 25 Jahren⁸⁾ bestätigen diese Erwartung – die Substanz wirkt unverändert und ist durchgängig trocken, weitere Jahrzehnte sind sicher zu prognostizieren.

Die Fenster wurden bei diesem Projekt erstmals komplett vor der gemauerten Wand befestigt und damit in die Dämmebene der Hülle gestellt. Der Einbau-Wärme-brückenverlust-Koeffizient konnte so auf weniger als 0,005 W/(mK) reduziert werden – vgl. Abbildung 7. Diese Einbaumethode hat sich generell bewährt.

Abbildung 7 Wärmebrückenfreier Fenstereinbau 1991 (vgl. den Rahmenschenkel an der Wand als Auflage) sowie Infrarotbild 2016 Im Umfang der Fenster ist keinerlei Wärmebrückenwirkung erkennbar (wohl die IR-Verschattung durch den Balkon und die leicht unterschiedlichen Verglasungs-U-Werte; beachte: die Verkleidung der Balkonbrüstung verdeckt weitgehend den unteren Teil der Verglasung, ganz unten, dort, wo die Verkleidung endet, gibt es aber eine horizontalen Spalt durch den der Blick auf die Verglasung wieder frei ist). Links unten: der wärmere Fortluftauslass.

Für den luftdichten Einbau der Fenster kommt es auf den Anschluss der luftdichtenden Ebenen der Bauteile an: Im Fall der Außenwand ist das der Innenputz – dieser muss also an das Fenster angeschlossen werden. Da dies wegen der unterschiedlichen thermischen und hygrischen Ausdehnungseigenschaften nicht durch unmittelbares Anputzen funktioniert (Riss!) bedarf es hier einer Lösung mit Bewegungstoleranz; heute wird die meist teuer mit Hilfe von beidseits verklebten Spezialklebebändern versucht. Schon in Kranichstein wurde eine sichere und weit kostengünstigere Lösung gewählt: Eine Putzendschiene schließt den Putz sauber vor dem Fensterrahmen ab; nach Einlegen eines Haftverhinderers (Rundschnur), um Dreiflankenhaftung auszuschließen, wurde die entstehende Fuge (in diesem Fall mit Acrylmasse) dauerelastisch verfugt. Wie die Nachuntersuchung an allen Fenstern zeigt, ist dieser Anschluss auch nach 25 Jahren absolut passsicher und luftdicht (vgl. Abbildung 8). Heute könnte ein Arbeitsschritt dadurch gespart werden, dass hier direkt eine Putzendschiene mit Anklebe-Dichtprofil (sog. Apu-Leiste) verwendet wird; auf ein ausreichendes Funktionsspiel (≥ 3 mm) ist dabei zu achten.

Baustellenfoto 1991 mit Putz-Endschiene und Acrylausspritzung vor dem Verputzen nach Entfernen der Tapete 2016 (Achtung: im Vergleich zum Baustellenphoto gespiegelt)	Unterdruck-Thermographie 2016: es ist keine Luftströmung erkennbar
Abbildung 8 Luftdichter Fenstereinbau 1991, Zustand 2016 (die Ausspritzungen sind alle intakt) sowie Unterdruck (50 Pa) -Infrarotbild 2016, keine Leckagen

Die Komfortlüftung sorgt zu jeder Zeit für eine ausreichende Lufterneuerung; bei einem von drei Personen bewohnten Haus sind dazu 3 x 30 m³/h entsprechend 90 m³/h Außenluft erforderlich – und eine gleiche Menge an Abluft muss den Feuchträumen entnommen werden. Das Lüftungssystem in Kranichstein wird in [Feist/Pfluger 2016] genau beschrieben. Hier gehen wir nur auf einige entscheidende Aspekte und deren Beprobung durch Lufthygieneuntersuchungen ein. Abbildung 9 zeigt den mit einem nachkalibrierten Netatmo-Sensor [Wörner, Bomhard 2014] gemessenen Verlauf der CO₂-Konzentration im OG/Nord des Gebäudes Januar/Februar 2016. Die Konzentrationen bewegen sich überwiegend im Bereich IDA1 (hohe Innenraumluftqualität) – für die Mittelung sind allerdings nur die Anwesenheitszeiten zu berücksichtigen; es ergibt sich ein anwesenheitszeitengemittelter CO₂-Wert von 851(100)ppm; die geringe Messgenauigkeit ist auf die prinzipielle Schwierigkeit bei der Kalibrierung der Netatmo-Sensoren zurückzuführen. In Abbildung 9 auffällig sind bestimmte „Störzeiten“, z.B. vom 11. bis 13.2.2016 (grau hinterlegt); hier wurde in dieser Wohnung eine Nachmessung der Luftdichtheit durchgeführt und hierzu (normgerecht) die Lüftungsanlage außer Betrieb genommen und die Kanäle luftdicht verschlossen; es wurde zwar regelmäßig durch Öffnen von Fenster gelüftet, die Messwerte zeigen jedoch sehr klar, dass dies offenbar nicht ausgereicht hat, eine zufriedenstellende Luftqualität zu erreichen.

Abbildung 9 Zeitverlauf von CO2-Konzentration und Raumluftfeuchte im Raum OG Nord Passivhaus Kranichstein; Winter 2016. Auffällig: Der Zeitraum ohne Betrieb der Lüftungsanlage 12.2. bis 13.2.2016 zur Durchführung der Drucktests (hier waren alle Kanäle verschlossen; es wurde jedoch zwischendurch immer wieder durch Öffnen der Fenster gelüftet).

CO₂ ist bzgl. der Raumluftqualität eigentlich nur ein Leitgas – es selbst bewirkt auch bis hin zu Konzentrationen um 2500ppm keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Jedoch sind i.A. auch andere Innenluftbelastungen mit der CO₂-Konzentration korreliert. Im vorliegenden Fall wurden daher neben CO₂ auch über längere Zeitperioden die Radonaktivitäten aufgezeichnet und in zwei Messkampagnen am 20./21.2.2016 auf Mikroorganismen beprobt sowie am 23.02.2016 flüchtige organische Substanzen (VOC) und Formaldehyd-Luftproben gezogen.

Der Mittelwert der Radon-Aktivität wurde mit drei Radon-Scout-Aufzeichnungsgeräten [Sumesh, Kumar 2012] in den normalen Betriebszeiten im Februar 2016 zu 43(10) Bq/m³ bestimmt, an den Tagen der Drucktests mit abgeschalteter Lüftungsanlage ergaben sich 65(10) Bq/m³. Hier wird signifikant erkennbar, dass die mechanische Wohnungslüftung spürbar zu Verbesserung der Raumluftqualität und der Wohngesundheit beiträgt.

Die Komfortlüftungsanlage im Gebäude in Kranichstein hat an der Außenluft-Ansaugstelle einen Filterkasten mit einem Standard-F8-Kammfilter aus der Klimatechnik – diese Filter sind genormt und werden in großen Serien gefertigt, sie sind daher zu vergleichsweise geringen Kosten (16 bis 40 €) erhältlich und weisen hohe Qualität auf. Wegen der großen Filterflächen ist außerdem der Druckverlust sehr gering (gemessen in Kranichstein bei Normalbetrieb (106(4) m³/h) 9,7(0,3)Pa). Der entscheidende Vorteil der hochwertigen frontständigen Filterung ist, dass das Kanalnetz so vor Verschmutzung geschützt wird. Insbesondere lungengängige Feinstäube aus teilverbrannten Kohlenwasserstoffen, Reifenabrieb und Ruß bleiben im Filter; dies trägt ebenfalls bedeutend zur Verbesserung der Raumluftqualität bei. Abbildung 10 zeigt einerseits den Vergleich der Filter nach einem Jahr Betrieb (links) mit einem neuwertigen Filter (rechts). Die großteils schwarzen Feinstaubkomponenten verbleiben zu über 90% im F8-Filter; die nachfolgenden Leitungssysteme bleiben aus diesem Grund dauerhaft schmutzfrei, wie in der Aufnahme des Außenluftrohrs bei seiner Abzweigung aus dem Filterkosten erkennbar wird. Am 20. und 21. Februar 2016 wurde nach 25 Jahren Betrieb (ohne zwischenzeitliche Reinigung!) der Frischluftkanal mit einer Rohrkamera befahren, ebenso Abschnitte aus dem Zuluftkanalnetz. Die Filme werden nach Auswertung im Internet verfügbar gemacht: Nur an wenigen Stellen gibt es minimale Staubspuren. Die Methode, Lüftungsanlagen durch Verwendung hochwertiger Filter von vorn herein sauber zu halten, hat sich in Kranichstein sehr gut bewährt. Aus diesem Grund empfiehlt das PHI grundsätzlich bei Lüftungsanlagen F8 oder F9 Feinstaubfilter im Außenluftstrom möglichst kurz hinter der Luftansaugung.⁹⁾

Die wohnungszentralen Wärmeübertrager werden mit zwei elektronisch kommutierten Gleichstromventilatoren betrieben - der Stromverbrauch beträgt im durchschnittlichen normalen Betrieb 29,4 Watt, bei gemessenen durchschnittlich 106 m³/h macht das einen spezifischen Bedarf von 0,27 Wh/m³. Dies ist für eine Lüftungsanlage mit WRG ein außerordentlich geringer Wert. Mit mobilen Funkdatenloggern wurden die Temperaturen und Feuchtigkeiten in allen Luftströmen des Zentralgerätes gemessen, Abbildung 11 zeigt den Verlauf in einem typischen Winterzeitraum. Daraus ergibt sich ein wirksamer Wärmebereitstellungsgrad des Lüftungsgerätes von 82(2)%. Der Wärmebereitstellungsgrad der Gesamtanlage inkl. passiver Vorerwärmung beträgt sogar rund 86%, so dass einem Jahresstrombedarf für die Lüftung von 257 kWh/a eine Heizwärmeeinsparung von um 2000 kWh gegenübersteht; dies entspricht einer Jahresarbeitszahl von 7,8 bei ganzjährigem Betrieb.¹⁰⁾

Abbildung 10 zeigt den Vergleich der F8-Filter:

• links: alt (nach 1 Jahr Betriebszeit);
• rechts: neu

Die Filter waren trocken, ohne sichtbaren biologischen Bewuchs und ohne auffällige Radioaktivität. Oben: Detailvergrößerung im Vergleich alter (links) zu neuem (rechts) Filter; Darunter: Blick ins Frischluftrohr vom Filterkasten aus; dieses Rohr wurde in 25 Jahren kein einziges Mal gereinigt.

Abbildung 10 F8-Filter aus dem Passivhaus Kranichstein, jährlicher Austausch und blick in das blitzeblanke Zuluftrohr, wo es den Filterkasten verlässt. Der F8-Filter verhindert wirksam einen Staubansatz

Die vier wohnungszentralen Geräte machen alle einen neuwertigen Eindruck – der Bereich der Luftführung ist unverschmutzt, alle Wartungsöffnungen schließen dicht. In einer der Anlagen waren 2002 die beiden Ventilatoren ausgetauscht worden – der Rest der Systeme inklusive der Lüftungsleitungen, Schalldämpfer, Zu- und Abluftventile befinden sich in unverändertem Zustand. Die Bewertung ist, dass ein solches System problemlos ohne umfängliche Wartung (außer dem jährlichen Filterwechsel) weitere 25 Jahre verwendet werden kann. Etwa 15 bis 20 Jahre Dauerlaufzeit wird für die ECM-Ventilatoren eingeschätzt.

Abbildung 11 Temperaturverlauf in den Luftströmen der Lüftungsanlage für das Endhaus im Februar 2016. Der trockene Wärmebereitstellungsgrad des Gegenstrom-Wärmeübertragers ergibt sich daraus zu etwa 82(2)%. Dieser Wert ist gegenüber den Anfangswerten von 1991 im Rahmen der Messgenauigkeit unverändert. Die Temperatur-Spitzen kommen von Küchenabluft bei Kochvorgängen.

Fazit: Die Lüftungsanlagen im Passivhaus Kranichstein befinden sich nach 25 Jahren Dauernutzung immer noch in einwandfreiem und sauberem Zustand. Es spricht nichts gegen einen Ansatz von 50a Nutzungsdauer der Basis-Komponenten (Rohrleitungen, Gehäuse, Filterkästen, Gegenstromplattenwärmetauscher). Einzig die Ventilatoren werden eher mittlere Lebensdauern von 15 bis 20 Jahren haben; deren Austausch erfordert Instandhaltungsmaßnahmen in einem Umfang von ca. 500 € in einem Intervall von 15 Jahren. Das frontständige Filterkonzept hat sich stark bewährt: Eine Reinigung des Außenluft/Zuluftstrangs der Anlage ist nicht erforderlich. Wir empfehlen nun auch Vorlagefilter G3/G4 an den Ablufteinlässen in den Feuchträumen. Deren Wartung kann von den Bewohnern selbst leicht durchgeführt werden – die Verschmutzung der Abluft/Fortluftleitungen wird dadurch ebenfalls soweit begrenzt, dass ein Reinigungsintervall von 10 Jahren ausreicht.

Einer der Gründe für den Vorzug von passiven Komponenten war die Erwartung, dass diese wg. nur geringerem Einwirkungsstress hohe Nutzungszeiten und lange Instandsetzungsintervalle aufweisen sollten. Diese Erwartung hat sich bei allen Komponenten, die im Passivhaus Kranichstein nach 25 Jahren nachuntersucht wurden vollauf bestätigt. Überraschend ist dies insbesondere bei den Lüftungsanlagen, deren Basiskomponenten wir nun mit ebenfalls 50 Jahren Nutzungszeit einschätzen. Auch die Gasverluste der Isolierglaseinheiten sind gering genug, so dass sich auch hier ein Ersatz für mindestens zwei weitere Jahrzehnte erübrigt. Die wärmegedämmten Konstruktionen weisen keinerlei Veränderung auf, selbst das gewählte Luftdichtheitskonzept hat nach 25 Jahren den ursprünglichen n₅₀-Wert reproduziert (obwohl es in der Zwischenzeit einige Erdbeben im Rhein/Main-Gebiet gab, z.B. 17. Mai 2014). Einige Prinzipien, die zu diesem sehr guten Ergebnis bzgl. Dauerhaftigkeit beigetragen haben, seien hier noch einmal betont:

• Gute Wärmedämmung (im Bereich 0,1 W/(m²K)) auf der Außenseite der Bauteile.¹¹⁾
• Ausgezeichnete und gut geplante Luftdichtheitsebenen inkl. deren Anschlüsse, insbesondere das Einputzen von Luftdichtungsbahnen und die Verwendung von Putzabschlussleisten mit Verfugung.¹²⁾
• Einsatz eines mineralischen Dickputzes auf den Außenwänden.¹³⁾
• Verwendung frontständiger F8-Feinfilter in der Lüftungsanlage.¹⁴⁾

Jede dieser Maßnahmen erhöht die Baukosten nur geringfügig – trägt aber zu einer Verlängerung der Instandsetzungszyklen auf ca. 50 Jahre bei. Dies bedingt hohe ökonomische Vorteile, erspart den Bewohnern aber auch Dreck und Lärm. Unter Umweltgesichtspunkten sind lange Nutzungsdauern einem Down-Cycling und jedenfalls jeder anderwärtigen Erneuerung und Entsorgung überlegen.

Der Autor bedankt sich beim Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung für die freundliche Unterstützung des Vorhabens „Dauerhaftigkeit von Energieeffizienzmaßnahmen, Erfahrungen nach 25 Jahren Passivhaus Darmstadt Kranichstein“ (Referenz-Nr. 2695 0458 2015 9062)

Autor: Wolfgang Feist; Erstveröffentlichung im Tagungsband der 20. Internationalen Passivhaustagung in Darmstadt, 2016; Korrekturen und geringfügige Ergänzungen 2022, die jeweils die Kernaussagen nicht verändern aber präzisieren; die Fußnoten sind alle von 2022 und sie enthalten auch neuere Erkenntnisse. In [Feist 2020] gibt es eine erweiterte englischsprachige Wiedergabe dieses Berichtes.

[Feist 1988] Feist, W. (Hrsg.): Forschungsprojekt Passive Häuser. IWU, Darmstadt 1988, kommentierte Neuauflage Darmstadt 1992

[Feist 1993] Feist, Wolfgang: „Passivhäuser in Mitteleuropa“; Dissertation, Unversität Kassel GhK, Kassel 1993

[Feist 1997] Feist, W.: Passivhaus Darmstadt Kranichstein: Planung Bau Ergebnisse. Fachinformation 1997/1, Passivhaus Institut, Darmstadt 1997; siehe auch Das erste Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein

[Feist/Holtmann 1998] Feist, W. und Holtmann, K.: Erhöhter Glaseinstand kann Gefahr von thermisch induzierten Scheibensprüngen reduzieren; Gff (Glas Fenster Fassade), Heft 5/1998

[Feist/Ebel 2016] Feist, W.; Ebel, W.; Peper, S.; Hasper, W.: Langzeiterfahrungen und Messergebnisse aus dem ersten Passivhaus in Darmstadt-Kranichstein; im Tagungsband der 20. internationalen Passivhaustagung, Darmstadt, 2016; siehe auch Kranichstein: Messergebnisse

[Feist, Pfluger 2016] Feist,W.*; Pfluger, R.*; Peper, S.; Hasper, W.; Ebel, W.; Schulz, T., Saxer, A.*: Studie zur Dauerhaftigkeit von Energieeffizienzmaßnahmen - Erfahrungen nach 25 Jahren Passivhaus Darmstadt-Kranichstein; Passivhaus Institut, 2016 (*Universität Innsbruck, Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften)

[Feist 2020] Wolfgang Feist; Rainer Pfluger; Wolfgang Hasper: „Durability of building fabric components and ventilation systems in passive houses“ Energy Efficiency 13(3) Dec. 2020 DOI: 10.1007/s12053-019-09781-3; (direct link to full-text-prublikation: Durability Passive House)

[Sumesh, Kumar 2012] C. G. Sumesh*, A. Vinod Kumar et al: Comparison study and thoron interference test of different radon monitors; Radiation Protection Dosimetry 153(3) · July 2012

[Wörner, Bomhard 2015] Dominic Wörner, Thomas von Bomhard et al: ”Look Twice: Uncover Hidden Information in Room Climate Sensor Data”; DOI: 10.1109/IOT.2014.7030110