Mein Haus, mein Planet und ich! – wissenschaftliche Hintergründe

Autoren:
Publikation:	13.1.2012
Lernstufe:	3
Übersicht:	Wissenschaftliche Grundlagen zu den ökologischen Aspekten von Bauen und Wohnen – für den Unterricht in der Grundschule und in Klasse 5/6
Herkunft:	La main à la pâte, Paris
Bewertung:	5 (1 Bewertung)

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Inhalt

• Die demografische Herausforderung
• Baumaterialien und Bautechniken
  • Die Ökobilanz von Beton
  • Bauen mit Lehm
  • Bauen mit Holz
• Energie im Haus
  • Energie, Wärme ... was ist das eigentlich?
  • Energieverbrauch und Umwelt
  • Wege zum energiesparenden Wohnen
  • Grundprinzipien bioklimatischer Architektur
  • Wärmedämmung
  • Die Belüftung
• Erneuerbare Energien im Wohnungsbau
  • Solarenergie
  • Geothermie
  • Biomasse
  • Windenergie
• Wasser
  • Wasservorkommen auf der Erde
  • Wasser für die Industrie
  • Trinkwasser
  • Wasserverbrauch im Wohnbereich
• Vom ökologischen Wohnen zur nachhaltigen Stadt
• Zusammenfassung: Was ist eine umweltfreundliche Bauweise?

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

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.

Im Jahr 2024 wird die Weltbevölkerung auf 8,0 Milliarden Menschen geschätzt. Jeden Tag wächst die Weltbevölkerung um etwa 190 000 Menschen, jedes Jahr um etwa 68 Millionen – also um ungefähr die Anzahl der Einwohner Frankreichs [2]. Ungefähr im Okto­ber 2011 wurde der siebenmilliardste Mensch gebo­ren. 2050 wird die Erde wahrscheinlich fast 10 Milliarden Bewohner zählen. Vor allem in Afrika (dort wird sich zwischen 2020 und 2050 die Bevölkerung fast 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:

• Allein der Hauptbestandteil, der Zement, verursacht in der Herstellung fast 8% des weltweiten Ausstoßes an Treibhausgasen. Für eine Tonne Ze­ment werden 735 kg CO₂ in die Atmosphäre geblasen. Und obendrein giert die Zementherstellung geradezu nach Wasser: Für eine Tonne Ze­ment braucht man über 2000 Liter Wasser [3].
• Die Gewinnung von Sand, einem weiteren Bestandteil von Beton, ist öko­logisch in vieler Hinsicht problematisch: In manchen Gegenden verschwin­den die Sandstrände, die Landschaften werden verändert und/oder das Grundwasser versalzt. Wenn der Sand über größere Strecken transportiert werden muss, verschlechtert dies die Energiebilanz für Beton zusätzlich.
• Beton wird selten recycelt/wiederverwertet.
• Beton dämmt schlecht, weshalb man zusätzliche Dämmstoffe einsetzen muss.
• Beton ist sehr undurchlässig, Wasserdampf entweicht nicht durch die Wand, sondern schlägt sich an ihr nieder und begünstigt so die Schimmel­bildung. Auch aus diesem Grund müssen Betonbauten intensiv beheizt werden.

Angesichts des enormen Betonverbrauchs weltweit – fast drei Tonnen Beton pro Kopf und Jahr [4] – und in Erwartung einer weiteren Steigerung, – 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

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.

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, ...

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. (Foto: Jialiang Gao, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

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.

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).

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!

Abb. 6: Lochziegel (Foto: Kozuch, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

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 (überwiegend ver­wendeter Baustoff: Holz) bei Neubauten 2023 bei ca. 22%. In der Schweiz lag der Materialanteil von Holz in der Tragkons­truktion von Neubauten (bis zwei Wohneinheiten) bei 18,9% (2022). In Österreich lag der Holzbau­anteil (Gebäu­de, bei denen mehr als 50% der tragenden Konstruktion aus Holz ist) bei 24% (2018) [6] .

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

• Die Verwendung von Holz vermindert den Ausstoß an Treibhausgasen: Ein Baum wandelt, solange er wächst, CO₂ in organisches Material um. Wenn er stirbt, verfault er unter dem Einfluss von Mikroorganismen des Erd­bodens, und Treibhausgase (CO₂, aber auch Methan) entweichen wieder in die Atmosphäre. Indem man Holz als Baustoff verwendet, wird das CO₂ dem Kohlenstoffkreislauf entzogen. Man wirkt auf diese Weise dem Treibhauseffekt entgegen. Allerdings sollte man darauf achten, dass die CO₂-Einsparung nicht durch den Kauf von Hölzern aus fernen Wäldern wieder zunichtegemacht wird.
• Solange es aus nachhaltiger Forstwirtschaft stammt, ist Holz ein erneuer­barer Roh­stoff. In Deutschland, Österreich und der Schweiz wird auf eine nachhaltige Bewirt­schaftung der Wälder geachtet; außerdem nehmen die Waldflächen in diesen Län­dern seit Jahren zu (siehe Abb. 7). Das trifft für die meisten Länder Westeuropas zu.
• Holz kann wiederverwendet werden. Beim Abriss eines Gebäudes steht das Bauholz im Allgemeinen für einen anderen Bau zur Verfügung, da Holz seine (statischen und sonstigen) Eigenschaften beibehält. Allerdings können Farben, Lacke und Lösungs­mittel die Wiederverwendung erschweren oder gar unmöglich machen. Folglich ist zu unterscheiden zwischen einer umweltfreundlichen Verwendung von Holz (aus nahe­gelegenen, nachhaltig bewirtschafteten Wäldern; Verwendung von widerstands­fähigen, dem Klima angepassten Holzarten; ...) und einer wenig umweltfreundlichen Verwendung (Holz aus fernen, nicht wieder aufgeforsteten Wäldern; unangepasste Holzarten, die in aller Regel umweltschädigende Schutz­anstriche benötigen, ...).
• Allen vorgefassten Meinungen zum Trotz widersteht Holz auch dem Feuer sehr gut! Feuer verbreitet sich im Haus über Vorhangstoffe, Matratzen usw. – und nicht über das Gerüst eines Hauses, auch nicht wenn dieses aus Holz besteht. Darüber hinaus verbrennt Holz langsam und behält seine mechanische Festigkeit länger als andere Stoffe, wie beispielsweise Stahl. Bewohner eines brennenden Holzhauses haben also mehr Zeit sich zu retten, bevor es einstürzt.

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

        

Abb. 7b und 7c: Entwicklung der Waldfläche in Österreich [8] und der Waldfläche in der Schweiz [9] (zum Vergrößern auf die Bilder klicken)

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.

Abb. 8: Holzskelettbau
(Foto: Vermont Timber Works Inc., Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

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.

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:

• Durch Wärmestrahlung: Jeder Körper strahlt Wärme ab, und zwar umso mehr, je höher seine Temperatur ist. Wenn diese Wärmestrahlung auf einen anderen Körper trifft, erwärmt sie diesen. So erwärmt die Sonne unsere Erde in Mitteleuropa mit 1000–2000 W/m² (siehe weiter unten). In die Häuser gelangt die Wärmestrahlung der Sonne durch die Fensteröff­nungen. Wie stark die Sonnenenergie ausgenutzt wird, hängt also von der Größe und Ausrichtung der Fenster ab.
• Durch Wärmeleitung (oder direkten Kontakt): Innerhalb eines Körpers wird Energie von wärmeren Bereichen zu kälteren übertragen, bis Gleich­verteilung herrscht. Oder: Wenn man zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in Kontakt bringt, geht Wärme vom wärmeren zum kälteren über. In Metallen passiert das in der Regel sehr schnell, in organischem Material wesentlich langsamer. Das kann man zum Beispiel in der Küche beobachten: Wenn man einen Metalllöffel in einer heißen Pfanne vergisst, verbrennt man sich die Finger; mit einem Holzlöffel geschieht das nicht! Das Holz leitet die Wärme schlecht, das heiße Ende in der Pfanne hat seine Energie nicht an das aus der Pfanne ragende Ende abgegeben. Man sagt auch, Holz sei ein guter Wärmedämmstoff – eine sehr wichtige Eigenschaft im Wohnungsbau.
• Durch Konvektion: Konvektion ist auch eine Form von Wärmeleitung, nur dass bei der Übertragung die Wärme mittels (gasförmiger oder flüssiger) Materie transportiert wird. Wenn man zum Beispiel Wasser in einem Topf (also von unten) erhitzt, dehnt sich das Wasser am Boden aus, wird leichter, steigt an die Oberfläche und gibt dort Energie an das kältere Wasser ab. Nach und nach erwärmt sich das ganze Wasser im Topf. Konvektion spielt eine große Rolle im Heizungsbau (nicht umsonst spricht man bei Heizkörpern auch von Konvektoren) und in der Belüftung von Gebäuden (warme Luft steigt nach oben).

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 Unterrichtsmodul "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:

• Energieverschwendung vermeiden,
• energiesparende Geräte benutzen,
• verstärkt kohlenstofffreie Energieträger und solche mit neutraler CO₂-Bilanz einsetzen (nachhaltig produzierte Biomasse wie Holz zum Beispiel).

Der Wohnbereich hat einen großen Anteil am Energieverbrauch – und damit am Ausstoß von Treibhausgasen [10]. In Deutschland zum Beispiel machen Raum­heizung, Warmwasser und Kochen + Elektrizität 28,6% des Energieverbrauchs privater Haushalte aus (Daten für 2022, siehe Abb. 10).

Abb. 10: Energieverbrauch nach Sektoren in Deutschland (2022) [11]
(zum Vergrößern auf das Bild klicken).

Die Treibhausgasemissionen privater Haushalte sinken, bisher allerdings nur langsam [12]. Es gibt mehrere Gründe für den Rückgang der Emissionen: Es werden vermehrt Brennstoffe mit geringeren CO2-Emissionen eingesetzt, der Anteil erneuerbarer Energien steigt (insbesondere beim Strommix), es gelten stren­gere Energievorschriften beim Hausbau usw. Allerdings gibt es auch immer mehr Wohnungen – und jedes Jahr kommen neue 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 2022 bei 67%, bei den Neubauten be­trägt der Anteil dagegen 74% (2022) [13]. In Österreich lag 2021 der Anteil der Ein- und Zweifamilienhäuser am Wohngebäudebestand bei 87%; bei den Neubauten sind es 73% (2022). In der Schweiz liegt 2022 der Anteil der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand bei 67%, bei den Neubau­ten sind es 54% (2019); in Frankreich sind es 56% (Gebäudebestand, 2022) und 44% (Neubauten, 2022) [13].

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.

Abb. 10a: Energieverbrauch der Haushalte in Deutschland (2022) [14]

        

Abb. 10b und 10c: Energieverbrauch der Haushalte in Österreich (2021/2022) und der Schweiz (2022) [15] (zum Vergrößern auf die Bilder klicken)

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].

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:

• Anpflanzung von Laubbäumen: Im Winter lassen die entlaubten Bäume das Licht bis zu den Fenstern durch, während im Sommer die Blätter für einen angenehmen Schatten sorgen.
• Vorspringendes Dach oder Marquisen: Im Winter fallen die Sonnenstrahlen sehr schräg ein (die Sonne steht niedrig) und gelangen durch die Fenster ins Haus. Wenn sie im Sommer dagegen steil einfallen, werden sie vom Dachvorsprung oder der Marquise aufgehalten.

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.

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.

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.

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.

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:

• eine geringe Wärmeleitfähig­keit besitzen, d. h. er sollte die Wärme schlecht leiten;
• eine große Wärmespeicherfähigkeit besitzen, dann wirkt er mäßigend auf Schwan­kungen der Außentemperatur.

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
Flachs-/Hanffasern	0,040	1660	30-60	50-100
Schafwolle	0,035-0,040	1630-1720	16-150	26-258
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).

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.

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 nutzen? Geht man für Mittel­europa von einer mittleren Sonnenenergieeinstrahlung von ca. 1000 kWh/m² aus, so "scheint" auf Deutschland jährlich etwa 120 Mal mehr Energie als das Land verbraucht [24]. Für Österreich liegt dieser Faktor bei 296 und für die Schweiz bei 194 [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.

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, die für Solaranlagen eingesetzt werden, bei 20 bis 22%. Der Preis von elektrischem Strom aus Photovoltaik­anla­gen liegt inzwi­schen unter dem Preis von Strom aus fossilen Quellen bzw. Kernenergie [27]. Laut sechstem Sach­standsbericht des IPCC (AR6) von April 2022 [28] lag 2020 der Preis für elek­trischen Strom aus fossilen Energieträgern (Kohle und Gas) weltweit im Mittel bei 5,5–14,8 USct/kWh. Elektrischer Strom aus Photovoltaikanlagen und Wind (an Land und Offshore) konnte mit diesen Preisen bereits konkurrieren [29].

In Deutschland lag der Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostrom­erzeugung 2023 bei 52,0% (2019 lag er noch bei knapp 40%) – allein Photo­voltaikanlagen lieferten 11,9% [30]. In Öster­reich wurden 57% des Brutto­stroms 2022 mit Wasserkraft erzeugt, 15,6% mit anderen erneuerbaren Energien (der Anteil der Photovoltaik lag bei 5,0%) [31]. In der Schweiz lag der Anteil der erneuer­baren Energien an der Netto-Elektri­zitätsproduktion 2022 bei 58,6% (Wasserkraft: 48,2%; andere erneuerbare Energien: 10,4%; davon Photovoltaik: 6,7%) [32].

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.

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.

Abb. 21: Biomasse: Strohräder und Holzhackschnitzel
(Strohräder: Walter J. Pilsak, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0;
Holzhackschnitzel: Florian Gerlach, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

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. Die Preise im Vergleich: Heizöl kostet im Mittel ca. 13 Cent pro Kilo­wattstunde (2023), Erdgas ca. 14 Cent pro Kilo­wattstunde (2023) und Holzpellets ca. 6,5 Cent pro Kilowattstunde (2023). Wer 2023 gar mit elektrischem Strom heizt, muss ca. 32 Cent pro Kilo­watt­stunde bezahlen (Rechenbeispiel für Deutschland) [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 61 010 MW (2023) [35] ist Deutschland nach China und den USA, der drittgrößte Windenergie­produzent der Welt, gefolgt von Indien und Spanien [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]. 2023 beträgt die durchschnittliche Leistung einer Windenergieanlage (ohne Offshore-Anla­gen) 4,8 MW, der mittlere Rotordurchmesser über 141 m [38]. Bei den Offshore-Anlagen beträgt die durchschnittliche Leistung 5,4 MW [39].

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. Die Bundesländer mit der größten Windenergieleistung sind (Stand 2023): Nie­dersachsen (12,5 TW), Brandenburg (8,7 TW), Schleswig-Holstein (8,5 TW), Nordrhein-Westfalen (7,2 TW) und Sachsen-Anhalt (5,3 TW) [38].

Abb. 22: Windpark in Niedersachsen
(Foto: Philip May, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

In Deutschland gab es 2023 28 677 Windenergieanlagen an Land und 1566 Off­shore-Windenergie­anlagen [35]. Bei der Bruttostromerzeugung lag der Anteil der Windenergie 2023 mit 26,8% vor den anderen erneuerbaren Energien wie Photovoltaik (11,9%), Biomasse (8,5%), und Wasser­kraft (3,8%) [30]. 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.

2010 nahm alpha ventus, der erste deutsche Offshore-Windenergiepark, seinen Betrieb auf: Die 12 Windenergie­anlagen deckten den Strombedarf von etwa 57 000 durchschnittlichen 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 und digitale Infrastruktur im Detail beschrieben), und unten ein konventionelles Gebäude, bei dem ein Fenster auf Kipp steht.

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

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 wurde am 1. August 2014 das "Gesetz für den Ausbau erneuer­barer Energien" eingeführt (kurz: Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG 2014) [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].

Im Januar 2021 trat ein novelliertes EEG in Kraft. Die wichtigsten Regelungen: 1. Es ist gesetzlich verankert, dass der in Deutschland produ­zierte und ver­brauchte Strom bis 2050 treibhausgasneutral ist; 2. der Anteil der erneuerba­ren Energien an der Stromversorgung soll bis 2030 65% errei­chen; 3. für Solar­anlagen, die nach 20 Jahren aus der Förderung fallen, soll es eine unbürokra­tische Lösung für deren Weiterbetrieb geben. Das EEG 2023 geht noch einen Schritt weiter: Bis 2030 sollen mindestens 80% des in Deutsch­land verbrauch­ten Stroms aus erneuerbaren Energiequelle stammen [45].

Diese Förderung erneuerbarer Energien wurde zwischen 2000 und 2022 u. a. über die EEG-Umlage finanziert, die jeder Verbraucher über den Strompreis bezahlen musste. Die EEG-Umlage betrug 2021 noch 6,5 Cent pro Kilowatt­stunde, im Juli 2022 wurde sie eingestellt [46].

Österreich fördert seit 2002 mit dem Ökostromgesetz (ÖSVO) die Produktion von Elektri­zität aus erneuerbaren Energien. 2022 wurde Ökostrom zu 52% aus Windkraft erzeugt, zu 21% aus Photo­voltaik, zu 16% aus Kleinwasserkraft und zu 11% aus Biomasse [47]. 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 [48].

In der Schweiz gilt seit 1998 das Energiegesetz [49], 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 beträgt ab 2018 2,3 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.

Abb. 25: Wasser auf Chinesisch

Wasser ist in vieler Hinsicht kein gewöhnlicher chemischer Stoff:

• Es ist ein universelles Lösungsmittel, das für alles Lebendige sehr nützlich ist: Wasser löst (und transportiert) Sauerstoff und CO₂ sowie Nährstoffe und Mineralsalze.
• Es hat eine sehr große Wärmekapazität. Um eine gegebene Wassermenge um ein Grad zu erwärmen, braucht man 10 Mal mehr Energie als für die gleiche Masse Eisen. Infolge der hohen Wärmekapazität des Wassers sind die Ozeane vorzügliche Regler der globalen Temperatur. Das erklärt auch, warum das Meeresklima stetiger ist als das kontinentale, oder warum Wasser gern als Kühlmittel oder Wärmeträger­flüssigkeit eingesetzt wird.

Wasservorkommen auf der Erde

Wasser findet man auch im Weltall, sowohl in fester 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.

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 2022 hatten weltweit 2,2 Milliarden Menschen (etwas mehr als ein Viertel der Weltbevölke­rung) keinen direkten Zugang zu sicherem Trinkwasser und etwa 3,5 Milliarden Men­schen einen ungenügenden Zugang zu sanitären Einrichtungen [51]. Kinder sind besonders betroffen: Etwa 1000 Kinder unter 5 Jah­ren sterben jeden Tag, weil sie keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben und ausreichende sani­täre Einrichtungen fehlen [52].

Im Jahr 2020 betrugen die gesamten weltweiten erneuerbaren Wasservorräte 42 809 km³ [53] und die gesamte Trinkwasserentnahme ca. 3896 km³ pro Jahr [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.

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 bis zu 93 Liter Wasser (die Menge hängt von der Papier­sorte ab); für die Wiederaufbereitung zu 1 kg Altpapier braucht man dagegen weniger als 100 ml Wasser. Für die Produktion von 1 kg Stahl benötigt man im Schnitt 20 Liter und für 1 kg Zement 2,1 Liter Wasser [55].

Gegenwärtig (2020) verbraucht die Landwirtschaft 71% des insgesamt auf der Welt verbrauchten Wassers, zum größten Teil für Bewässerung. Die Indus­trie ver­braucht 15% und die Haushalte und öffentlichen Einrichtungen (kommunales Wasser) 14% [54]. Beim Wasserver­brauch beträgt in vielen Ländern der Anteil der Landwirtschaft sogar über 90% [56].

Abb. 28: Kreisbewässerung in den USA
(Foto: Sam Beebe, Wikimedia Commons, CC BY 2.0)

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.

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

Wasserverbrauch nach Sektoren

Laut aquastat/FAO wurden der Natur 2020 in Deutschland 25,8 Kubik­kilome­ter Frisch­wasser entnommen. Davon verbrauchten die Industrie 54,3%, die Haus­halte und Kommunen 41,5% und die Landwirtschaft 4,2% (2020). In Österreich wurden 3,1 Ku­bikkilometer Frisch­wasser entnommen (2020): 70,4% Industrie, 25,7% Haus­halte und Kommunen, 4,0% Landwirtschaft; in der Schweiz 1,7 Kubikkilometer (2020): 36,9% Industrie, 53,9% Haushalte und Kommunen, 9,2% Landwirt­schaft; und in Frankreich 24,7 Ku­bikkilometer (2020): 64,3% Indus­trie, 21,7% Haushalte und Kommunen, 13,9% Land­wirt­schaft.

Abb. 30: Wasserverbrauch nach Sektoren in Deutschland (2020) [57]

        

Abb. 30b und 30c: Wasserverbrauch nach Sektoren in Österreich (2020) und Wasserverbrauch nach Sektoren in der Schweiz (2020) [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 wurden 2019 ca. 8,8 Kubikkilometer 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.

• Quellwasser oder Grundwasser aus größerer Tiefe braucht wenig oder keine Aufbe­reitung, denn es gibt kaum einen besseren Filter als den Erdboden;
• Oberflächenwasser (aus Flüssen, Seen, ...) muss dagegen, je nach Ver­schmutzung der Quelle, mehr oder weniger intensiv aufbereitet werden. In einem ersten Schritt der Klärung wird es von grobkörnigem Dreck befreit, der sich auf dem Boden eines Klär­beckens absetzt. Im zweiten Schritt werden feinere Unreinheiten und bestimmte Bakterien in einem Aktivkohle­filter abgeschieden. Im dritten Schritt wird das Wasser dann desinfiziert, in der Regel mit Chlor, Ozon oder UV-Licht.

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 650 Tief­brunnen im Mittel 546 000 m³ pro Tag zu den insgesamt neun Wasserwerken. Das aus bis zu 140 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 9746 km Abwasserkanäle [59].

Beispiel 2: Das Trinkwasser Wiens

Das Trinkwasser für Wien stammt zu 100% aus Quellwasser aus den nieder­österreichisch-steirischen Alpen. Nur bei extremer Hitze und bei Wartungsarbeiten an den Hochquellenleitungen wird zusätzlich Grundwasser benötigt. 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: Entlang der beiden Wiener Hochquellenleitungen gibt es 16 Wasser­kraftwerke, die im Jahr ca. 65 Millionen kWh Strom erzeugen – das entspricht in etwa dem Strombedarf der Wiener Neustadt. [60]. Der durch­schnittliche Trinkwasserverbrauch der 2 Millionen Bewohner liegt bei 390 000 m³ pro Tag [61].

Beispiel 3: Das Trinkwasser Zürichs

In Zürich kommt das Trinkwasser zu 68% aus dem Zürichsee, zu 23% aus Grundwasser und zu 9% aus Quellwasser (2022). 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 die Stadt Zürich (428 000 Einwohner) mit durchschnittlich 114 000 m³ (2023) Trinkwasser pro Tag [62].

Der Trinkwasserpreis

2022 lag der mittlere Trinkwasserpreis in Deutschland bei 1,83 Euro pro Kubik­meter und der mittlere Abwasserpreis bei 2,72 Euro pro Kubikmeter (hinzu kommen noch im Schnitt 170 Euro an Grundgebühren im Jahr) [63]. Die Variations­breite ist 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 1,85 Euro und in der Schweiz 2,00 Franken [64].

Laut einer Studie gab 2015 im Schnitt jeder Deutsche pro Tag ca. 58 Cent für Wasser aus (pro Jahr sind es inklu­sive Grundgebühr 87 Euro für die Wasserversorgung und 125 Euro für die Abwasserentsor­gung) und jeder Österreicher 60 Cent (pro Jahr 88 Euro für die Wasserversorgung und 131 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 128 Liter Wasser pro Tag, in Österreich sind es 130 Liter und in der Schweiz 142 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.

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

        

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. Beispiele: Wenn man eine Scheibe Brot (50 g) isst, "verbraucht" man ca. 30 Liter vir­tuelles Wasser, trinkt man ein kleines Glas Orangensaft (0,15 l), verbraucht man ca. 6 000 Liter virtuelles Wasser und für ein neues T-Shirt aus Baumwolle (300 )g werden im Schnitt 2500 Li­ter Wasser verbraucht [69]. Zum Vergleich: In eine "normal große" Badewanne passen ca. 140 Liter Wasser. Insgesamt verbraucht jeder Mensch in Deutsch­land 7200 Liter virtuelles Wasser pro Tag [70] – davon werden 86% im Ausland verbraucht (zur Herstellung von in Deutschland konsumierter Waren).

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 (4 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 1537 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.

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 Deutschland 99,4% und in der Schweiz 99,3% der Bevölkerung an die öffentliche Wasserversorgung angeschlossen ist, liegt dieser Anteil in Öster­reich bei 93% (die restliche Bevölkerung erhält ihr Trinkwasser über Haus­brunnen und Quellen). Bei der Abwasserentsorgung liegt der Anschluss­grad in Deutschland bei 97,3%, in Österreich bei 96% und in der Schweiz bei 97,3% [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 oder 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

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:

• Von den ersten Etappen der Planung und des Baus bis heute beteiligten und betei­ligen sich Bürger/innen der verschiedensten Gruppen und Ver­einigungen. Das Vereinsleben im Viertel ist sehr vielfältig und das Zusam­menleben ausgesprochen gutnachbarlich.
• Die Biotope wurden geschützt: Ein Bach durchquert das Viertel und wird von grö­ßeren bewaldeten Flächen umsäumt.
• Es gibt eine Vielfalt der Berufe, der Dienstleistungen und der Wohnformen: In einem 6 ha großen Gewerbegebiet gehen 600 Menschen ihrer Arbeit nach. Das Viertel hat eine Schule, einen Kindergarten, eine Kirche, Ge­schäfte, einen Markt, ein Gemeinde­haus, ein sozio­kulturelles Zentrum, ...
• Man bewegt sich im Viertel vorzugsweise auf "sanfte" Weise (zu Fuß, mit dem Fahr­rad, mit der Straßenbahn). Fußgänger/innen und Radfahrer/innen haben Vorfahrt. Das Auto spielt kaum eine Rolle, Parkplätze liegen außer­halb des Viertels. So können Kinder ungefährdet auf der Straße spielen.
• Die Bewohner kommen mit wenig Trinkwasser aus: Aufgefangenes Regen­wasser dient zur Toilettenspülung, zum Gießen und zum Wäschewaschen. Statt Asphalt wurde ein durchlässiger Bodenbelag verwendet, so dass Regenwasser versickern kann.
• Die Wohnungen sind umweltfreundlich, was Wärmedämmung, Ausrichtung und Baumaterialien angeht. Es gibt Sonnenkollektoren für Warmwasser und Photovol­taikanlagen (das Vauban-Viertel zählt zu den größten "Sonnen­energie-Vierteln" Europas) sowie begrünte Dächer.

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:

• Wahl von Lage und Größe des Grundstücks: Die Lage sollte so gewählt werden, dass die zurückzulegenden Wege (zur Arbeit, zur Schule, zum Einkaufen, ...) mög­lichst kurz sind. Sehr wichtig ist ein guter Anschluss an öffentliche Verkehrsmittel. Auch das Vorhandensein von Radwegen ist positiv zu bewerten. Es sollte möglichst wenig Grundfläche bebaut wer­den, ideal ist ein Anbau ans Nachbargebäude. Die Lage des Gebäudes auf dem Grundstück richtet sich nach dem örtlichen Klima (Sonnen­einstrah­lung, vorherrschende Windrichtung, ...).
• Die Architektur: Die Bauweise sollte kompakt sein und den Anforderungen der Bewohner entsprechen – mit flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten. Kein Raum sollte ungenutzt oder überflüssig sein. An einen trockenen und leicht zugänglichen Unter­stand für Fahrräder und Mülltonnen sollte ebenso gedacht werden wie an die Gestal­tung des Übergangs vom öffentlichen zum privaten Raum. Das Bauwerk sollte sich in die Landschaft einfügen, möglichst viel Tageslicht ins Haus lassen, und die einzelnen Zimmer sollten zweckmäßig angelegt sein: die Aufenthaltsräume auf der warmen (Süd-)Seite; Küche, Bad/WC und Keller auf der kalten (Nord-)Seite. Die Verteilung von Fensteröffnungen und Mauerwerk wird so geplant, dass Sonnenenergie und Licht optimal "eingefangen" werden. Veranden und Glashäuser dienen als Übergangsräume von drinnen nach draußen.
• Die Baustoffe: Nachhaltige Baustoffe aus der Umgebung sollten bevor­zugt einge­setzt werden. Ihr ökologischer Fußabdruck (Energie- und Ressourcenverbrauch, Transport) von der Herstellung bis zur Wiederver­wendung sollte sowohl die Umwelt als auch die Gesundheit so wenig wie möglich belasten.
• Wärmedämmung und Wärmespeichervermögen: Um möglichst wenig Energie zu verbrauchen und gleichzeitig für eine gleichmäßige Temperatur zu sorgen – sommers wie winters –, sollten die Hauswände so gedämmt sein, dass es im Winter im Haus warm und im Sommer kühl bleibt. Wenn die Wände ein gutes Wärme­speichervermögen haben, reagieren sie wenig bzw. langsam auf äußere Temperatur­schwankungen.
• Die Wasserversorgung: Das gesamte Versorgungssystem im Haus und ums Haus herum sollte so angelegt sein, dass möglichst wenig Trinkwasser verbraucht wird und möglichst wenig Schadstoffe ins Abwasser gelangen (zum Beispiel durch Verwen­dung biologisch abbaubarer Wasch- und Reini­gungsmittel). Gesammeltes Regen­wasser kann für die Toilettenspülung und die Bewässerung des Gartens verwendet werden. Der Erdboden sollte unversiegelt sein (Beton und Asphalt vermeiden).

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).

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Fußnoten

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

2: Aktuelle Daten zur Weltbevölkerung: Stiftung Weltbevölkerung
Prognose für 2050: Our World in Data und United Nations, Population Division (Data Portal → Total Population by sex → UN Regions → From: 2020 To: 2050 → Get started and Search)

3: Weltweite CO₂-Emissionen der Zementherstellung: Chatham House: Why Cement is a Major Contributor to Climate Change; Verbrauch von Wasser bei der Zementherstellung: Probas/Umweltbundesamt

4: Die jährliche Zementproduktion betrug 2019 4,1 Milliarden Tonnen (Quelle: CEMBUREAU). Das entspricht ca. 2,6 Tonnen Beton pro Kopf und Jahr (aus einer Tonne Zement macht man 5 Tonnen Beton).

5: Lehmvorkommen in Deutschland

6: Neubauten in Deutschland (Daten des Statistischen Bundesamtes, Bauten mit Holz als überwiegend verwendetem Baustoff), Materialanteil Holz in der Tragkonstruktion von Neubauten (bis zwei Wohneinheiten) in der Schweiz und Holzbauanteil im Wohnbau in Österreich

7: Waldfläche in Westdeutschland (inklusive West-Berlin) 1950–2000: Statistisches Bundesamt; Waldfläche in Deutschland ab 1992: Statistisches Bundesamt: Bodenfläche nach Nutzungsarten

8: Waldfläche in Österreich 1966–2009: Österreichische Waldinventur, Überblick und Waldinventur 2016/2021

9: Waldfläche in der Schweiz 1870–1970: Forests, Forestry and Forest Policy in Switzerland, Seite 8; 1975–2003: Jahrbuch Wald und Holz; ab 2004: Statistik Schweiz

10: In Deutschland zum Beispiel wird Energie immer noch zu fast 80% aus fossilen Energieträgern gewonnen: Umweltbundesamt: Primärenergieverbrauch nach Energieträgern (2022). In den meisten Ländern sieht das ähnlich aus.

11: Umweltbundesamt: Energieverbrauch nach Energieträgern und Sektoren (2021) und Endenergieverbrauch der Haushalte (2020)

12: Umweltbundesamt: Direkte Treibhausgas-Emissionen privater Haushalte sinken

13: Anteil der Einfamilienhäuser am Gebäudebestand und bei den Neubauten in Deutschland: Regionaldatenbank Deutschland (Themen → Gebäude und Wohnen);
in Österreich: Statistik Austria: Gebäude und Wohnungen nach Art des (Wohn-)Gebäudes und Statistik Austria: Fertiggestellte neue Gebäude;
in der Schweiz: Statistik Schweiz: Gebäude nach Gebäudekategorie und Statistik Schweiz: Neu erstellte Gebäude mit Wohnnutzung;
in Frankreich: INSEE: Parc de résidences en habitat collectif ou individuel und INSEE: Logements mis en chantier

14: Deutschland: Statistisches Bundesamt – Energieverbrauch privater Haushalte für Wohnen 2019

15: Österreich: Statistik Austria: Energieverbrauch der Haushalte nach Verwendungs­zwecken
Schweiz: Bundesamt für Energie: Energieverbrauch privater Haushalte nach Ver­wendungszweck

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

17: Primärenergiekennwert verschiedener Häuser: energie-experten.org

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

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: DWD: Bodentemperatur in unterschiedlichen Tiefen

24: Daten für Deutschland: Primärenergieverbrauch 2023: 10,7 Exajoule (Quelle: AG Energiebilanzen); Fläche: 357 000 km²; 1 kWh = 3,6 MJ.

25: Daten für Österreich: Energetischer Endverbrauch 2023: 1,02 Exajoule (Quelle: Statistik Austria), Fläche: 83 900 km²;
Daten für die Schweiz: Energetischer Endverbrauch 2022: 765 Petajoule (Quelle: Bundesamt für Energie), Fläche: 41 300 km².

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

27: Kosten für Strom aus Photovoltaik (Deutschland, 2023): 11 bis 13 Cent pro kWh. Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme , S. 9.
Durchschnittliche Haushaltsstrompreise in Deutschland 2021: 31,9 ct/kWh, Österreich 2021: 22,2 ct/kWh und der Schweiz 2023: 27,0 Rp/kWh

28: Sechster Sachstandsbericht des IPCC

29: Preisentwicklung einiger erneuerbarer Energieträger (Quelle: IPCC-AR6 – Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change, Bild SPM.3)

30: Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung (Deutsch­land): Statistisches Bundesamt

31: Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung (Öster­reich): E-Control Statistikbroschüre 2023, Seite 28

32: Anteil der erneuerbaren Energien an der Netto-Elektrizitätsproduktion: Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien (Bild 1.6) (Bundesamt für Energie)

33: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme: Funktionsprinzip einer Wärmepumpe; weitere Informationen: Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Grundwasserwärmepumpen

34: Preise für Heizöl, Gas, Holzpellets und Strom (2023): Infoportal für den Öffentlichen Dienst

35: Bundesverband Windenergie (siehe die Dateien "Factsheet: Status des Windenergieausbaus an Land" und "Factsheet: Status des Offshore-Windenergieausbaus")

36: Bundesverband Windenergie – Windenergie international

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

38: Bundesverband Windenergie (Factsheet: Status des Windenergieausbaus an Land) (2023)

39: Bundesverband Windenergie (Factsheet: Status des Offshore-Windenergieausbaus) (2023)

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: EEG – Erneuerbare-Energien-Gesetz – 2014

44: BMWK: Was ändert sich mit dem EEG 2021

45: Gesetz zur Änderung des EEGs und weiterer energierechtlicher Vorschrif­ten (2021) und das EEG 2023

46: Höhe der EEG-Umlage (Bundesnetzagentur)

47: E-Control Statistikbroschüre 2023, Seite 48

48: Abwicklungsstelle für Ökostrom – OeMAG

49: Schweizer Energiegesetz und KEV/EIV – Unterstützungsmassnahmen für erneuerbare Energien

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: World health statistics 2024

52: UNICEF – Sauberes Wasser: So helfen wir Kindern weltweit

53: Our World in Data – Quantity of renewable freshwater resources by region (auf "Table" klicken)

54: Our World in Data – Freshwater withdrawals by country

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

56: Einige Länder, deren Wasserverbrauch im landwirtschaftlichen Bereich über 90% liegt (Quelle: aquastat/FAO, Zahlen für 2020):

• Asien: Afghanistan 98%, Nepal 98%, Laos 96%, Vietnam 95%, Bhutan 94%, Kambodscha 94%, Pakistan 94%, Kirgisistan 93%, Aserbaidschan 92%, Iran 92%, Usbekistan 92%, Jemen 91%, Timor-Leste 91%, Indien 90%, Thailand 90% ...
• Amerika: Guyana 94%, Bolivien 92%, Chile 91%
• Afrika: Somalia 99,5%, Mali 98%, Madagascar 96%, Sudan 96%, Eritrea 95%, Eswatini 94%, Äthiopien 92%, Maureta­nien 91%, Niger 91%, Senegal 91%, ...
• Europa: Griechenland 80%

57: Frischwasserverbrauch nach Sektoren: aquastat/FAO

58: Statistisches Bundesamt: "Wasserentnahme aus der Umwelt zwischen 2010 und 2019 um 14% gesunken" (Pressemitteilung 18.10.2023)

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

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

61: Wasserversorgung in Wien

62: Züricher Trinkwasser, Wasserwerke, Wasserversorgung, Zahlen und Fakten

63: Entgelt für die Trinkwasserversorgung und die Entsorgung von Abwasser privater Haushalte

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

65: Vergleich Europäischer Wasser- und Abwasserpreise (VEWA-Studie des BDEW, 2015)

66: Pro-Kopf-Wasserverbrauch der Haushalte in Deutschland (2019), Öster­reich (2018) und der Schweiz (2022)

67: Fraunhofer Informationszentrum Raum und Bau: Trinkwassereinsparung in Wohnbauten durch Mehrfachnutzung und Einbeziehung des Regenwassers (1982), S. 4

68: Wasserverbrauch der Haushalte in Deutschland (2021): Wasser macht Schule

69: Guido Reinhardt, Sven Gärtner, Tobias Wagner: Ökologische Fußabdrücke von Lebensmitteln und Gerichten in Deutschland (IFEU, 2020), UNESCO/Institute for Water Education: Water footprints of nations (Tabelle 4.2)

70: Deutschlands Wasserfußabdruck

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:
Deutschland: Versorgung (2019), Entsorgung (2019);
Österreich: Versorgung (2022), Entsorgung (2020);
Schweiz: Versorgung (2011), Entsorgung (2017)

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

Letzte Aktualisierung: 29.10.2024