Umbau einer unter Denkmalschutz stehenden Scheune zu einem Wohnhaus in Passivhausbauweise

Dieses Projekt zeigt die Möglichkeiten einer Altbausanierung in Passivhausbauweise auf. Eine Besonderheit hierbei sind spezielle Anforderungen an die Bauphysik, der Statik und des Denkmalschutzes.

Das Vorhaben wurde unterstützt durch die Unternehmen SAINT-GOBAIN ISOVER G+H AG, SAINT-GOBAIN GLASS Deutschland und BASF , um zu zeigen, daß auch historische Altbauten auf den neuesten Stand der Bautechnik gebracht werden können. Die Scheune mit einem Baujahr von ca. 1850 in der als Energiesparstadt bekannten hessischen Brundtlandstadt Viernheim ist Teil eines denkmalgeschützten Ensembles von ehemaligen Tabakscheunen, die z.T. schon in Wohnhäuser, in eine Bibliothek, oder in die städtische Kulturscheune umgebaut wurden.

Das Objekt sollte zu einem Passivhaus mit einem Jahresheizwärme-Bedarf von 15 kWh/m2 nach DIN EN 832 ausgebaut werden und damit einen Passivhaus-Standard erreichen, der für ein solches Gebäude unter Denkmalschutz bislang einzigartig ist.

Die Ziele:

Einhalten der Denkmalschutzbestimmungen
Erreichen des Passivhausstandards
Feuchteschutztechnische Lösungen für die sichtbare Fachwerk- und salzbelastete Natursteinwand
Lösung besonderer statischer Anforderungen durch Absicherung der Nachbarbebauung

Der Ausgangszustand

Die Natursteinaußenwand- und Innenkonstruktionen waren aufgrund der intensiven landwirtschaftlichen Nutzung stark versalzt und geschädigt. Der Dachstuhl wies außerdem infolge von kriegsbedingten Bombenschäden beträchtliche Brandspuren an der noch vorhandenen Holzkonstruktion auf und war deshalb in einem sehr schlechten Zustand. Geplant und mit dem Denkmalschutz abgesprochen waren darum der Abriss und Wiederaufbau des Dachstuhls und zweier drastisch geschädigter Außenwände. Beim Abtragen des Dachstuhls wurden weitere Schädigungen und Risse an den verbleibenden Außenwänden sichtbar. Die vorhandenen Natursteinmauern des rund 12 m mal 8 m großen Gebäudes wurden im Juli 1997 in Eigenleistung abgetragen, die Steine gesäubert und zur Wiederverwendung im Garten gelagert.

Architektur und Raumprogramm

Aufgrund der bestehenden Denkmalschutzbestimmungen und der städtebaulichen Einbindung der Scheune gestaltete es sich sehr schwierig das Raumprogramm optimal, d.h. ohne zu große Raumhöhen in einzelnen Geschossen entstehen zu lassen, zu verwirklichen. Dazu kam die Höhe der Trauflinie zur Nachbarscheune, welche einer guten Geschoßigkeit entgegenstand, sowie die Einhaltung der Firstlinie. Es war daher notwendig, einen Gebäudequerschnitt im Maßstab 1:20 mit den Randbedingungen darzustellen und daraus die inneren Höhen mit den äußeren Gegebenheiten sowie den Forderungen der Bauphysik in Übereinstimmung zu bringen. In Abstimmung mit der unteren Denkmalschutzbehörde wurde dann die Lage der Gauben, ihre Größen, sowie ihre Fensterteilung festgelegt. Nach diesen Festlegungen konnten drei Ebenen im Haus verwirklicht werden und mit diesen Wohnflächen wurde den Wünschen der Bewohner Rechnung getragen. Im Erdgeschoß entstanden so Küche, Vorrat, Wohnen, Essen, Hauswirtschaft, Gäste-WC, im 1. Obergeschoß drei Kinderzimmer, ein Arbeitszimmer, Bad, im Dachgeschoß Elternschlafzimmer, Ankleideraum, Bad, Haustechnik auf insgesamt 212 m². Die Fensterhöhen im Erdgeschoß wurden nun aus diesen Höhen im Sinne des Denkmalschutzes abgeleitet, ebenso der angebaute Wintergarten auf der Gartenseite. Der Erdgeschoßfußboden wurde gegenüber den historischen Höhen etwas tiefer angelegt, so daß zum Garten nach der Terrasse zwei Stufen entstanden.

Fundament und Rohbau

Die Neukonstruktion wurde als Betonskelettbauweise mit im Abstand vorgesetztem Natursteinmauerwerk geplant.

Dabei wurde ausgegangen, daß das vorhandene und restliche Mauerwerk die statischen Anforderungen nicht mehr erfüllen kann und auch eine feuchtetechnische Trennung der statisch tragenden Innenkonstruktion zu der versalzenen Bruchsteinwand notwendig ist.

Zunächst wurde ein kleiner Betonkeller mit Außentreppe errichtet, der zum Teil Sandboden aufweist und als Weinkeller genutzt wird. Danach wurden die Ringfundamente für die neu aufgerichteten Natursteinwände erstellt. Auf einer Sauberkeitsschicht oberhalb des Kellers und innerhalb der genannten Ringfundamente wurde eine zweilagig jeweils 80 mm starke Wärmedämmung aus Extruder-Spezialplatten Styrodur 5000 WLG 035 auf einer Sauberkeitsschicht verlegt.

Die Dämmschicht wurde dann mit einer Polyethylenfolie abgedeckt, damit beim Betonieren der Bodenplatte keine Zementmilch in die Stoßfugen der Dämmplatten eindringen kann. An die Wärmedämmschicht der Fundamentplatte schließt sich die aufgehende innenliegende Dämmung der Bruchsteinwand an, die dann eine Wanne für diese 35 cm starke Betonplatte bildet. Und das ohne Wärmebrücken. Die gesamten Gebäudelasten werden über diese Gründungsplatte und die Wärmedämmung in den Boden eingeleitet.

Auf diese Bodenplatte wird dann in Betonskelettbauweise die statisch wirksame Konstruktion errichtet.

Dachkonstruktion und Fachwerk

Danach wurde der Dachstuhl samt Giebelfachwerk neu aufgebaut.

Auf die aufgebrachte Holzschalung wurde zusammen mit den errichteten Gauben die Aufsparrendämmung , bestehend aus Steinwollestreifen und Glaswollefilzen in 180 mm Dicke aufgebracht.

Die Dachkonstruktion wurde zusätzlich von innen mit 200 mm Mineralwollefilzen Integra ZKF 1-035 zwischen den Sparren gedämmt. Darunter wurde eine 60 mm starke Mineralwollefilz-Untersparrendämmung in einer Installationsebene angebracht. Wichtig war auch hier der Einsatz der feuchteregulierenden Klimamembran Vario KM. Diese speziell entwickelte Dampfbremsfolie wirkt dreifach: Sie verhindert die Diffusion von Wasserdampf durch die Dämmfläche sowie die Luftströmung über Fugen und Anschlüsse in den Schichtaufbau der Wärmedämmung und ermöglicht zusätzlich eine Rücktrocknung bei möglichen Holz- und Baufeuchten.

Zusätzlich konnte damit auf chemischen Holzschutz verzichtet werden. Insgesamt erreicht die Dachdämmung der Scheune eine Stärke von insgesamt bis zu 440 mm und wurde mit zwei Lagen Biberschwanzziegel gedeckt.

Die Wandkonstruktion

Anschließend werden die Natursteinwände wieder aufgemauert.

Die nachträgliche innenseitige Wärmedämmung der Natursteinwand ist von besonderem bauphysikalischen Interesse. Die starken Versalzungen der Natursteine bedeuten auch entsprechende Feuchtebelastungen, die nicht zur Innenkonstruktion vordringen dürfen. Deshalb ist in dieser Anwendung der Einsatz der nicht feuchtetransportierenden Mineralwolle von Vorteil.

In Eigenleistung wurden an dieser Außenwand und an den Giebelseiten von innen jeweils 140 bis 180 mm starke Mineralwollefilze der WLG 035 in einer speziellen Vorsatzkonstruktion angebracht. Diese Vorsatzkonstruktion besteht zuerst aus einer 9 mm Gipskartonplatte auf Profilen, die nur an Wand und Decke verankert wurden. Der entstandene Hohlraum wurde mit diesem nicht hygroskopischen und damit nicht feuchttransportierendem Dämmstoff ausgefüllt. Um die deutlichen Maßunterschiede der Natursteine auszugleichen und keine Fugen entstehen zu lassen, wurde dieser Filz deshalb in Streifen eingebracht.

Damit wird sowohl eine wärmebrückenfreie als auch feuchtetechnisch sichere Konstruktion erzielt. Auf dieser Gipskartonplatte wurde als Luftdichtheitsschicht und Dampfbremse wiederum die feuchteadaptive Klimamembran Vario KM verlegt. Danach wurden doppelt beplankte 12,5 mm Gipskartonplatten in 75 mm Ständerprofilen in einer ebenfalls mit Mineralwollefilzen vollgedämmten Installationswand davor aufgestellt. Damit ergeben sich Gesamtdämmstoffdicken in der Außenwand von ca. 220 – 250 mm,

Auch die sichtbare Fachwerkkonstruktion ist aufgrund möglicher tief eindringender Feuchte durch die Fugen feuchtetechnisch sorgfältig zu behandeln. Nach Aufbau des Giebelfachwerks wurde in die Gefache mit umlaufenden Dreikanthölzern eine 100 mm dicke Wärmedämmung aus Sillatherm WVL-1 Steinwollelamellen eingebracht. Diese wurden mit einer Armierung und einem Grundputz versehen. Den Abschluß bildeten darauf verklebte Verblender.

Jedoch können diese in den Gefachen eingebrachten umlaufenden Dreiecksleisten und zusätzliche Dichtbänder nicht dauerhaft verhindern, daß Feuchte bei Schlagregen eindringt. Eine weitere Sicherheit bildet deshalb die hinter den Gefachen angebrachte feuchteverteilende Holzschalung, die für eine flächige Verteilung der eingedrungenen Feuchte sorgt. Wichtig ist nun das mögliche Rücktrocknungspotential dieser Konstruktion.

Auf diese Holzschalung wurde innenseitig zuerst eine Wärmedämmung , bestehend aus Steinwollestreifen und Glaswollefilzen in 180 mm Dicke aufgebracht. Danach wurde als Luftdichtheitsschicht und Dampfbremse wiederum die feuchteadaptive Klimamembran Vario KM verlegt.

Ebenso wurden auch hier doppelt beplankte 12,5 mm Gipskartonplatten in 75 mm Ständerprofilen in einer ebenfalls mit Mineralwollefilzen vollgedämmten Installationswand davor aufgestellt. Damit ergeben sich Gesamtdämmstoffdicken im Fachwerkbereich von 350 mm.

Gerade bei der sichtbaren Fachwerkkonstruktion und den Natursteinen mit der Gefahr einer ständigen Feuchteanreicherung ist das durch die Feuchteadaptivität erhöhte Rücktrocknungspotential der Klimamembran nach innen eine bauphysikalisch wichtige Eigenschaft. Dieser Konstruktionsaufbau war auch notwendig, denn eine übliche Feuchteberechnung nach DIN 4108 hätte für die Natursteinwandkonstruktion einen diffusionstechnisch unzulässigen Aufbau nachgewiesen. Mit dieser Klimamembran ist, wie dies die Berechnungen des Programms WUFI des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik zeigen, eine feuchtetechnisch sichere Konstruktion zu erzielen.

Die Fenster

Die Fenster bestehen aus der Dreifach-Wärmeschutzverglasung Climatop V mit Ug=0,6 W/(m2K). Auch der Holz-ALU-Fensterrahmen ist spezialgedämmt. Eine Herausforderung war die möglichst wärmebrückenarme, aber statisch sichere Einbindung der Fensterrahmen in die Außenwandkonstruktion. Durch spezielle Gewände aus Brettschichtholz innerhalb der Dämmebene wurde eine statisch stabile und trotzdem wärmebrückenreduzierte Konstruktion erreicht.

Viele Detailzeichnungen und Wärmebrückenberechnungen mussten erstellt werden, um die Passivhausanforderung von Uw=0,8 W/(m2K) zu erzielen.

Der Innenausbau

Die Trockenbau-Innenwände mit zweilagig 12,5 mm Gipskartonbauplatten und einer Hohlraumfüllung mit Trennwandplatten Akustik TP 1 in der Dicke von 60 mm wurden aufgestellt. Als Estrichersatz wird das von ISOVER Österreich neu entwickelte System eines Distanzbodens aus einer 32 mm Spanplatte mit zusätzlich 100 mm Hohlraumfüllung aus Fassadendämmplatten Kontur FSP 1-040 eingesetzt. Eine Besonderheit war auch die innenseitige Dämmung der Gaubendecken mit dem System ROSATWIST von ISOVER Frankreich. Eine spezielle Abhängekonstruktion erlaubte den Einbau von bis zu 50 cm Dämmstoff.

Mit den Installationsebenen der Außenwand, den Trockenbauinnenwänden und den genannten Distanzböden waren für Elektro- und andere Installationen ideale Voraussetzungen geschaffen.

Der Wintergarten

Durch die exzellenten Fensterkonstruktionen ist der Wintergarten thermisch vom Gebäude getrennt. Trotzdem wurde der Boden und die Decke unterhalb der Solarkollektoren, die sich auf dem Wintergartendach befinden, gut gedämmt, um einerseits den Wärmeeintrag in den Keller als auch die sommerliche Belastung zu reduzieren.

Die Anlagentechnik

Die Normheizlast wurde sowohl auf Basis DIN 4701 als auch nach dem speziellen Passivhaus-Heizlastverfahren ermittelt. Sie berechnet sich aufgrund der Verschattung durch die innerstädtische Lage zu rund 3-5 kW. Deshalb wird als Reserve und zur zusätzlichen Warmwassererzeugung eine Gasbrennwerttherme Buderus GB 112 mit Warmwassersolarkollektoren eingesetzt.

Eine Jovex DC -Lüftungsanlage der Fa. Termovex mit Wärmerückgewinnung (> 90%) und Erdreichwärmetauscher sorgen für Behaglichkeit.

Die Haustechniksteuerung wird durch den Einbau eines Bussystems sowie von eingebauten Fensterkontakten unterstützt. Zusätzlich wurde ein Datennetz für Telefon- und Computerleitungen eingebaut.

Die Luftdichtjeit

Bei den Anschlüssen der Wandkonstruktionen mit den Betonteilen wurde zur Abdichtung eine spezielle Konstruktion, wie sie auch ISOVER Schweden anbietet, eingesetzt. Mineralwollestreifen wurden mit der Klimammebran Vario KM umwickelt und als Dichtung in unzugänglichen Hohlräumen eingesetzt.

Durch die Rückstellkraft des Dämmstoffes wird, wie dies auch die Messungen zeigen, der Hohlraum dauerhaft luftdicht und auch feuchtesicher ausgefüllt. Bei einer ersten orientierenden Messung wurde aufgrund des unverputzten Schornsteins für einen später vorgesehenen Holzpelletsofen und einiger Leckagen im Fensterrahmenbereich ein für Passivhäuser unzureichender Wert von 2 1/h erzielt. Nach Wärmedämmung und Abdichtung dieser Schornsteinkonstruktion, sowie der Fensterkonstruktionen konnte der Passivhausstandard von 0,6 1/h erreicht werden. Zwischenzeitlich führten Nacharbeiten an der Datenzuleitungen und den sehr diffizilen Gaubenfenstern anscheinend zu erneuten Leckagen , so daß Nachmessungen einen zu hohen Wert von 1,4 1/h aufwiesen.

Hierbei zeigt sich auch wie wichtig die gute und auch verständnisvolle Zusammenarbeit mit den Verarbeitern ist, da innovative Lösungen immer handwerkliche Herausforderungen darstellen. Es wird damit auch deutlich, daß es mit einer Einmalmessung der Luftdichtheit zumeist nicht getan ist, sondern eine ständige Überwachung der Arbeiten notwendig ist.

Die Wärmebrücken

Zur Detailplanung wurden verschiedene Anschlüsse von der Bodenplatte über die Fachwerkkonstruktion bis zum Dachbereich berechnet :
 

Die Bau- und Energiedaten

Das Gebäude weist mit den genannten Konstruktionen nach Fertigstellung einen Jahresheizwärmebedarf nach DIN EN 832 von 2834 kWh auf. Bei einer nutzbaren Wohnfläche von 212 m² sind dies 13,4 kWh/m2 und erreicht damit den Passivhausstandard. Die Berechnungen des Energiebedarfs wurden mit dem Programm HELENA 2.0 bzw. 3.0, die Wärmebrückenberechnungen mit dem zweidimensionalen Verfahren ARGOS 1.0 von ISOVER Consult durchgeführt.

Nach Baubeginn im Sommer 1997 waren im Zuge des Hausbaus insbesondere auch erhebliche Arbeiten bei der Sanierung des gesamten vorderen Hofbereiches mit Neuverlegung aller Abwasser, Wasser-, Gas-, Strom und Telefonleitungen und Einbau einer Regenwasserzisterne vorzunehmen.

Diese Arbeiten und auch die eigenständigen aufgezeigten Entwicklungen und Konstruktionen in Dach, Wand und Fenster haben den Bauablauf deutlich verzögert. Nach offizieller Fertigstellung wurde im April 2000 eingezogen.

Die Beteiligten

Baufamilie/Bauphysik: Stephanie und Raimund Käser, Viernheim

Architekt: Dipl.Ing. Bernd Seiler, Seckenheim

Tragwerksplanung:     Ing.büro Dipl.Ing. Peter Bläß, Viernheim

Haustechnik:     ebök, Ing. büro für Energieberatung, Haustechnik und ökologische Konzepte, Tübingen

Dämmstofftechnik:     SAINT GOBAIN ISOVER G+H AG, Ludwigshafen;

BASF, Ludwigshafen

Verglasung: SAINT-GOBAIN GLASS, Aachen

Fenstertechnik: Eurotec Pazen GmbH, Zeltingen

Rohbau: Fa. Zalewski, Seckenheim

Zimmerer:     Fa. Metz, Edingen

Dachdecker, Spengler:    Fa. Hartwig, Viernheim

Elektroarbeiten: Fa. Elektro-Ringhof, Viernheim

Heizung, Sanitär, Lüftung: Fa. Willi und Thomas Beikert, Viernheim

Baustofffachhandel: Fa. Kühner, Viernheim