Für die thermodynamische Optimierung muss die Planung ein Gebäude an das natürliche Energiepotential anpassen um dieses effizient nutzbar zu machen. Dies kann über aktive und passive Maßnahmen geschehen.

 

Aktive Maßnahmen sind grundsätzlich mit Apparateaufwand verbunden. Hierzu gehören Solarkollektoren, Wärmepumpen, Energiedächer, Photovoltaikanlagen und Wärmerückgewinnung:

 

1) Unter den Solarkollektoren kann man grundsätzlich zwischen zwei Typen unterscheiden, den konzentrierenden Kollektoren, welche mittels optischer Hilfsmittel wie Hohlspiegeln oder Linsen die einfallende direkte Sonnenstrahlung bündeln und damit ein Trägermedium (Luft, Flüssigkeit) auf sehr hohe Temperaturen erhitzen, und den Flachkollektoren, sogenannte Wärmefallen, welche mittels des Treibhauseffekts sowohl die direkte Sonnenstrahlung als auch Teile der diffusen Himmelsstrahlung "einfangen" um damit ebenfalls ein Trägermedium zu erwärmen, allerdings auf kleinere Temperaturen als die konzentrierenden Kollektoren.

 

2) Wärmepumpen entziehen der Umgebung in einem linksgängigen Kreisprozess bei niedriger Temperatur Wärme und geben diese bei höherer Temperatur an den zu erwärmenden Raum wieder ab. Diese Umgebung kann sein: die Außenluft, der Boden, Grund-, Fluss- oder Seewasser.

 

3) Energiedächer stellen eine Kombination aus Wärmepumpe, die der Umgebungsluft sowie dem einfallenden Regen Wärme entzieht, und einem Flachkollektor, der die Globalstrahlung in Wärme umwandelt, dar.

 

4) Photovoltaikanlagen, d.h. ein Verbund aus vielen Solarzellen wandelt das einfallende Licht direkt in elektrische Energie um.

 

5) Wärmerückgewinnungsanlagen sind Wärmetauscher, die Teile der Energie der Abluft, die dem Gebäude entzogen wird, an die zugeführte Frischluft übertragen um diese damit aufzuheizen.

 

Um den Wirkungsgrad dieser Maßnahmen - außer der Wärmerückführung - zu optimieren muss darauf geachtet werden, dass eine Südorientierung sowie eine ideale Neigung zum Sonneneinfallswinkel gegeben sind. Außerdem muss im Vorfeld mögliche Verschattung ausgeschlossen werden, da dadurch die Anlage leicht unrentabel werden kann.

 

Passive Maßnahmen sind grundsätzlich im Planungsabschnitt zu berücksichtigen. Hierzu gehören:

 

1) Gebäudeanpassungen an die Beschaffenheit der Umgebung wie Orientierung des Gebäudes und Dachflächen sowie die Berücksichtigung von Neigungen (vgl. § 9 Abs.1 Nr.2 BauGB i.V.m. § 23 BauNVO). Die Südorientierung der Großflächen ist auch hier der wichtigste Faktor.

 

2) Optimierung der Flächenanteile von Wänden zu Fenstern, d.h. das Verhältnis Fensterfläche zu Wandfläche soll in Südrichtung möglichst groß ("Südfenster") und in Nordrichtung möglichst gering sein.

 

3) Bei der Auswahl der verwendeten Werkstoffe ist darauf zu achten, dass diese gute Wärmetransporteigenschaften nach innen und gleichermaßen gute Isolationseigenschaften nach außen zeigen, und dass bei Wänden und Dächern eine gute Wärmespeicherkapazität gegeben ist.

 

Der Nutzen sowohl passiver als auch aktiver Maßnahmen folgt direkt aus der Wärmebilanz:

 

natürlicher Wärmegewinn  +  zusätzlich zugeführte Wärme  -  Wärmeverluste = Wärmebedarf

 

Der Wärmebedarf selbst hängt von den meteorologischen Verhältnissen, aber auch von den individuellen Bedürfnissen und Wünschen des Benutzers ab. Um den Wärmebedarf ressourcenschonend und kostensparend zu decken geht aus der Wärmebilanz klar hervor, daß die natürlichen Wärmegewinne zu erhöhen und die Wärmeverluste zu minimieren sind. Werden diese Ziele konsequent verfolgt, so ist es möglich teilweise oder ganz auf zusätzliche Beheizung zu verzichten ("Niedrig- und Null-Energie-Häuser").