Winter ohne Heizung – Neubau, Passivhaus-Referenz und adaptive Gebäudehülle im Vergleich

1. Einleitung: Was passiert, wenn die aktive Heizung ausgeschaltet bleibt?

Der Weg zu Gebäuden mit sehr niedrigem Energiebedarf wird heute vor allem mit besserer Wärmedämmung, effizienter Gebäudetechnik und erneuerbaren Energien verbunden. Hochgedämmte Gebäude verlieren weniger Wärme; Wärmerückgewinnung, Wärmepumpen und Photovoltaik können den verbleibenden technischen Energiebedarf weiter reduzieren.

Daneben stellt sich eine bauphysikalische Frage: Wie verhalten sich unterschiedliche Gebäudehüllen, wenn die aktive Raumheizung während der Heizperiode ausgeschaltet wird und die Raumtemperatur frei aus der laufenden Wärmebilanz entsteht?

Dafür werden drei Modellvarianten mit identischer Geometrie und identischen Wetterdaten verglichen: ein heutiger Neubau, eine Passivhaus-Referenz und eine adaptive Gebäudehülle. Die Varianten besitzen jedoch bewusst unterschiedliche Hüll- und Lüftungsparameter. Der Vergleich untersucht daher drei definierte thermische Konzepte – nicht die Wirkung eines einzelnen veränderten Bauteils.

Die Passivhaus-Referenz ist eine Modellvariante mit passivhausnahen Hüll- und Lüftungsparametern. Sie ist kein zertifiziertes Passivhaus und stellt weder einen Zertifizierungs- noch einen PHPP-Nachweis dar.

2. Drei Gebäude – gleiche Geometrie, unterschiedliche thermische Konzepte

Die Geometrie bleibt in allen drei Varianten gleich. Dadurch lassen sich die thermischen Konzepte unter denselben äußeren Bedingungen vergleichen.

Die thermischen Randbedingungen unterscheiden sich dagegen deutlich:

Wichtig für die Interpretation: Die drei Gebäude haben dieselbe Geometrie und dieselben Wetterdaten, aber nicht dieselben Hüllparameter. Die Ergebnisse sind deshalb ein Systemvergleich der drei festgelegten Konzepte.

3. „Heizung AUS“ bedeutet nicht „keine Wärmeeinträge“

In der Studie ist die aktive Raumheizung ausgeschaltet. Trotzdem entstehen Wärmegewinne. Für alle drei Varianten gelten dieselben internen Wärmegewinne von 3 W/m² mit Wohnnutzungsprofil. Zusätzlich verwenden alle drei Varianten dasselbe innere thermische Speichermodell, Preset „medium“.

Die Raumtemperatur entsteht damit aus der zeitabhängigen Bilanz von Solarwärme, internen Gewinnen, thermischer Speichermasse sowie Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten. Die Aussage „Heizung AUS“ darf daher nicht mit „das Gebäude wird ausschließlich durch die Sonne warm“ gleichgesetzt werden.

Gerade dieser frei gleitende Betrieb macht sichtbar, wie lange die unterschiedlichen Hüll- und Lüftungskonzepte ein nutzbares Temperaturniveau ohne aktive Wärmezufuhr halten können.

4. Von statischer Dämmung zur adaptiven Gebäudehülle

Der Neubau und die Passivhaus-Referenz arbeiten mit statischen Wärmeschutzparametern. Der Wärmewiderstand der opaken Bauteile bleibt im Modell unabhängig von Wetter und Solarangebot im Wesentlichen konstant.

Die adaptive Variante verfolgt einen anderen Ansatz. An Ost-, Süd- und Westfassade kann der zusätzliche dynamische Wärmeschutz – das FVS – abhängig von den Randbedingungen geöffnet oder geschlossen werden. Dadurch verändert sich der thermische Pfad zwischen Außenklima, solar erwärmter Fassadenoberfläche und massiver Wand.

Bei nutzbarer Sonneneinstrahlung kann die zusätzliche Wärmeschutzebene geöffnet beziehungsweise zurückgezogen werden. Dadurch wird die massive Wand stärker thermisch beziehungsweise solar gekoppelt. Bei ungünstigen Bedingungen wird das FVS geschlossen und der Wärmedurchgang nach außen reduziert.

Die Nordfassade bleibt in diesem Studienmodell statisch mit U = 0,24 W/(m²K). Die adaptive Variante ist damit kein Gebäude, bei dem überall derselbe dynamische Mechanismus eingesetzt wird, sondern ein konkret definiertes System aus statischen und adaptiven Bauteilen.

5. Adaptive Fenster: solare Gewinne nutzen, Wärmeverluste begrenzen

Auch beim Fenster ist die Unterscheidung zwischen Fenster und zusätzlicher Wärmeschutzebene wichtig. Zur solaren Nutzung wird nicht das Fenster selbst geöffnet.

Bei nutzbarer Sonneneinstrahlung kann die zusätzliche Wärmeschutzebene beziehungsweise das FVS geöffnet oder zurückgezogen werden, sodass der hohe solare Durchlass des Fensters genutzt werden kann. Im offenen Zustand arbeitet das Studienmodell mit Uw = 2,8 W/(m²K) und g = 0,85.

Wenn der solare Gewinn den zusätzlichen Wärmeverlust nicht rechtfertigt, wird das FVS geschlossen. Dann sinkt der modellierte Wärmedurchgang auf Uw = 0,30 W/(m²K). Die Fensterfunktion ist damit ebenfalls zeitabhängig: hoher Solarzugang im offenen Zustand, hoher Wärmeschutz im geschlossenen Zustand.

Diese Betriebsweise ist ein Teil des Gesamtkonzepts. Die Ergebnisse dürfen nicht allein dem Fenster, allein der Fassade oder allein der Speichermasse zugeschrieben werden.

6. Rechenmodell und Energiebilanz

Das Gebäudemodell beschreibt die Temperaturentwicklung über gekoppelte thermische Speicherknoten. Für einen Knoten i wird die zeitabhängige Energiebilanz in der Form geschrieben:

Cᵢ · dTᵢ/dt = Q̇ₛₒₗₐᵣ,ᵢ + Q̇ᵢₙₜₑᵣₙ,ᵢ + Σⱼ Hᵢⱼ · (Tⱼ − Tᵢ)

Dabei beschreibt Cᵢ die wirksame Wärmekapazität des Knotens, Tᵢ seine Temperatur, Q̇ₛₒₗₐᵣ,ᵢ den zugeordneten solaren Wärmestrom, Q̇ᵢₙₜₑᵣₙ,ᵢ die internen Gewinne und Hᵢⱼ die thermische Kopplung zu benachbarten Knoten.

Für einen stationär formulierten Transmissionspfad gilt als Grundbeziehung:

Q̇ₜᵣₐₙₛ = U · A · (Tᵢₙₙₑₙ − Tₐᵤßₑₙ)

Die meteorologischen Randbedingungen liegen stündlich vor. Innerhalb jeder Wetterstunde wird der thermische Zustand mit 10-Minuten-Schritten, also Δt = 600 s, fortgeschrieben. Die Auswertung umfasst 5.088 Stunden vom 1. Oktober bis 30. April.

Die drei Varianten werden mit denselben Wetterdaten, demselben internen Gewinnprofil und demselben inneren Speicherpreset gerechnet. Unterschiede entstehen aus den jeweils definierten Hüll-, Fenster-, Lüftungs- und Regelparametern.

7. Begrenzung hoher Raumtemperaturen im Wintermodell

Ein frei gleitendes Modell mit hohen solaren Gewinnen kann an sonnigen Wintertagen hohe Raumtemperaturen erreichen, wenn keinerlei Nutzer- oder Regelreaktion zugelassen wird. Deshalb enthält die aktuelle Winterstudie eine Übertemperaturregelung.

Ab etwa 23,5 °C Raumtemperatur werden weitere solare Fenstereinträge eingeschränkt; die Rückschaltung erfolgt bei etwa 22,8 °C. Ist die Raumtemperatur hoch und die Außenluft mindestens etwa 1 K kälter, kann zusätzlich Fensterlüftung aktiviert werden. Der zusätzliche Luftwechsel kann im Studienmodell bis maximal 8 1/h ansteigen.

23,5 °C ist dabei keine harte mathematische Temperaturgrenze. Die Regelung reduziert weitere solare Einträge und kann zusätzliche Lüftung nutzen, um hohe Raumtemperaturen im frei gleitenden Wintermodell zu begrenzen.

8. Ergebnisse der korrigierten Winterstudie

Die Modellrechnung zeigt, wie unterschiedlich sich die drei definierten Hüll- und Lüftungskonzepte unter denselben Wetterbedingungen verhalten.

In der kältesten Woche liegt die adaptive Variante im Modell im Mittel 5,20 K über der Passivhaus-Referenz.

Diese Differenzen sind nicht monokausal. Die adaptive Variante kombiniert im Modell mehrere Eigenschaften: veränderlichen Wärmeschutz an Ost-, Süd- und Westfassaden, adaptive Fenster, hohe solare Durchlässigkeit im offenen Zustand, thermische Speichermasse und 80 % Wärmerückgewinnung. Gleichzeitig unterscheiden sich auch Dach- und Bodenparameter von den beiden Referenzen.

Die Werte sind Ergebnisse einer Modellrechnung für die angegebenen Randbedingungen in Bielefeld. Sie sind keine Messwerte, keine garantierten Raumtemperaturen und kein Nachweis, dass ein reales Gebäude ohne Heizsystem auskommt.

9. Was die Temperaturkurven bauphysikalisch zeigen

Eine gute Wärmedämmung reduziert Verluste. Das zeigt die Passivhaus-Referenz deutlich: Trotz ausgeschalteter aktiver Heizung bleibt ihre mittlere und minimale Raumtemperatur deutlich über der Neubauvariante.

Die adaptive Variante ergänzt diese Verlustbegrenzung um eine zeitabhängige Nutzung von Gewinnen und Speichermasse. Solarenergie soll dann in das thermische System gelangen, wenn sie nutzbar ist; bei ungünstigen Bedingungen soll der Wärmepfad wieder stärker begrenzt werden. Die massive Gebäudemasse kann dabei Wärme zeitversetzt aufnehmen und abgeben.

Der Erkenntnisgewinn liegt deshalb nicht in der Aussage, Wärmedämmung sei weniger wichtig. Entscheidend ist vielmehr, Verluste, Gewinne und Speicherwirkung zeitabhängig gemeinsam zu betrachten.

10. Einordnung: Was hat das mit Net Zero zu tun?

Der Net-Zero-Bezug ist eine übergeordnete Einordnung, kein Ergebnisnachweis dieser Simulation. Die vorliegende Studie untersucht ausschließlich die frei gleitende Raumtemperatur während der Heizperiode bei ausgeschalteter aktiver Raumheizung.

Nicht vollständig untersucht werden damit Jahres-Endenergiebedarf, Primärenergie, CO₂-Bilanz, Stromverbrauch technischer Anlagen, PV-Jahresbilanz, Warmwasser sowie ein vollständiger Net-Zero- oder Zero-Emission-Nachweis.

Für die Net-Zero-Diskussion ist die Untersuchung dennoch relevant: Eine Gebäudehülle, die Wärmeverluste reduziert und gleichzeitig natürliche solare Wärmegewinne zeitlich nutzbar macht, kann den verbleibenden technischen Heizbedarf beeinflussen. Wie groß dieser Effekt auf Jahresenergie-, Strom- oder CO₂-Ebene tatsächlich ist, muss in einer vollständigen Gebäude- und Anlagenbilanz separat bestimmt werden.

11. Methodischer Hinweis zur Modellkorrektur vom 10.10.2026

Am 10.10.2026 wurde die Solarverteilung des Gebäudemodells korrigiert. Zuvor konnte ein Anteil der Solarenergie einer deaktivierten beziehungsweise flächenlosen Speichermasse zugeordnet werden und dadurch aus der Bilanz verschwinden.

Im korrigierten Modell werden Anteile nicht aktiver Speichergruppen vollständig dem direkten Raumanteil zugeschlagen. Die Energiebilanzreste der drei Referenzfälle liegen danach praktisch bei null. Sämtliche in diesem Artikel genannten Ergebniswerte stammen ausschließlich aus diesem korrigierten Modellstand.

Die Korrektur verändert nicht den grundsätzlichen Vergleichsansatz, wohl aber die numerischen Ergebnisse. Deshalb werden frühere Ergebniswerte vom 08./09.10.2026 in dieser Fassung bewusst nicht weiterverwendet.

12. Fazit

Die drei Modellvarianten zeigen, dass die thermische Qualität eines Gebäudes nicht allein durch einen einzelnen U-Wert beschrieben werden kann. Wärmeschutz, solare Gewinne, Lüftung, Regelung und thermische Speichermasse wirken zeitgleich und zeitabhängig zusammen.

Die Passivhaus-Referenz reduziert die Verluste gegenüber dem Neubau deutlich. Die adaptive Gebäudehülle verbindet in diesem Modell hohen Wärmeschutz bei ungünstigen Bedingungen mit zeitweiser solarer Öffnung, thermischer Speicherung und Wärmerückgewinnung. Unter den definierten Randbedingungen führt diese Kombination zu den höchsten frei gleitenden Wintertemperaturen der drei Varianten.

Die Modellrechnung zeigt damit nicht, dass Wärmedämmung an Bedeutung verliert. Sie zeigt, dass eine leistungsfähige Gebäudehülle künftig mehr leisten kann als nur Wärmefluss zu begrenzen: Sie kann Verluste, solare Gewinne und thermische Speichermasse zeitlich aufeinander abstimmen.