Die nachhaltige Transformation urbaner Quartiere ist ein zentraler Hebel, um Klimaschutzziele zu erreichen. Gerade im Gebäudesektor stellt sich die Frage, welche Sanierungsstandards nicht nur rechnerisch, sondern auch im realen Betrieb einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten, wirtschaftlich sind sowie eine hohe Nutzerakzeptanz aufweisen. Vor diesem Hintergrund wurden beim Forschungsprojekt Square in Mannheim die energetische Sanierung von zwei baugleichen Mehrfamilienhäusern, jedoch mit verschiedenen energetischen Standards untersucht: Das Gebäude Square now wurde gemäß der EnEV 2014 saniert, das zweite Gebäude Square next erfüllt die Anforderungen in Anlehnung an den EnerPHit-Plus-Standard des Passivhaus Instituts Darmstadt.
Die Abkürzung Square steht für Smart Quarter and Urban Area Reducing Emissions. Es handelt sich dabei um ein Forschungsprojekt, das von der Mannheimer Wohnungsbaugesellschaft GBG in Kooperation mit dem Architekturbüro ap88 und dem weltweit tätigen Beratungsunternehmen Drees & Sommer umgesetzt wurde.
Im Fokus standen dabei zwei Mehrfamilienhäuser mit je 24 Wohneinheiten auf dem ehemaligen Kasernengelände „Benjamin-Franklin-Village“ in Mannheim, die nach unterschiedlichen Energie- und Technikkonzepten saniert wurden. Die zentralen Fragen des Forschungsprojekts waren:
Um das herauszufinden, begleiteten die Experten von Drees & Sommer die Gebäude nach der Sanierung über vier Jahre im Realbetrieb mit dem technischen Monitoring. Dieses war ein Bestandteil des ganzheitlichen Planungs- und Realisierungsansatzes, den das Beratungsunternehmen als General Construction Manager umgesetzt hat. Die inzwischen ausgewerteten Monitoring-Daten zeigen, dass die angestrebten Verbrauchsreduktionen weitgehend erreicht wurden – sie belegen somit die Wirksamkeit der energetischen Sanierung beider Gebäude.
Square now: Sanierung nach EnEV 2014 als Baseline
Im Detail umfassten die energetischen Sanierungsmaßnahmen bei dem Wohngebäude Square now eine neue Fassade mit zweifach verglasten Wärmeschutzfenstern, den Anschluss an das Fernwärmenetz sowie eine zentrale Abluftanlage. Darüber hinaus wurden eine Photovoltaikanlage auf dem Dach und der südöstlich orientierten Giebelfassade sowie ein Batteriespeicher im Gebäude installiert. Diese zusätzlichen Komponenten dienten dazu, die im Rahmen des Forschungsprojektes in Bezug auf das Gesamtprojekt gesetzten Ziele für die regenerative Stromerzeugung und -speicherung zu erfüllen. Es waren jedoch keine verpflichtenden Anforderungen des EnEV-Standards zum Zeitpunkt der Modernisierung (EnEV 2014).
Square next: Nutzung und Speicherung lokaler regenerativer Energien im Fokus
Beim Gebäude Square next wurde neben einer optimierten Wärmedämmung und dreifach verglasten Fenstern die Wärmeversorgung über eine zentrale Wärmepumpe in Kombination mit einem saisonalen Eisspeicher sichergestellt. Der Eisspeicher ist bewusst nicht für Extremwinter dimensioniert, sondern als bivalentes System konzipiert – mit einem sekundären Heizsystem in Form von Elektro-Heizstäben in einem Pufferspeicher. Außerdem wurden Photovoltaik- und PVT-Kollektoren an Giebelfassade beziehungsweise auf dem Dach installiert, die sowohl Strom als auch Wärme bereitstellen. Hinzu kommen eine Fußbodenheizung und eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung.
Die Trinkwarmwasserbereitung ist dezentral organisiert und erfolgt über eine Vorwärmung aus einem Niedertemperatur-Wärmenetz mit anschließender elektrischer Nacherwärmung. Zusätzlich verfügt das Gebäude über einen Batteriespeicher und eine Ladeinfrastruktur für Elektromobilität.
Darüber hinaus werden die Nutzer durch eine Visualisierung der Energieverbräuche aktiv eingebunden. Ein Energie-Tacho, das sogenannte EnerTouch, liefert den Mieterinnen und Mietern laufend Rückmeldung zu ihrem Strom-, Wasser- und Wärmeverbrauch.
Technisches Monitoring und Datenauswertung
Beide Gebäude wurden mit einem umfassenden Mess- und Zählerkonzept ausgestattet. Die Auswertung erfolgte belegungs- und witterungsbereinigt, um eine hohe Vergleichbarkeit zwischen den Gebäuden und den einzelnen Betrachtungsjahren sicherzustellen.
Im Rahmen des Monitorings wurden seitens Drees & Sommer umfangreich Betriebs- und Verbrauchsdaten erfasst, gespeichert und analysiert: Anlagendaten, Strom-, Wärme- und Wasserverbräuche sowie Raumtemperaturen und PV-Erträge. Auch Batterienutzung, Anlagenbetriebsverhalten sowie das Nutzungsverhalten der Mieter standen im Fokus. Der Datenschutz und die Nutzerintegration wurden mit den Mieterinnen und Mietern vertraglich geregelt. Neben den Auswertungen wurden in Square next auch Nutzerschulungen durchgeführt.
Ergebnisse des Monitorings: CO₂-Ausstoß sinkt drastisch
Das vierjährige Monitoring zeigt, dass ambitionierte Sanierungsstandards wie EnerPHit-Plus im Bestand erhebliche Energie- und CO₂-Einsparungen ermöglichen und die angestrebten Verbrauchsreduktionen weitgehend erreicht werden – ein Beleg für die Wirksamkeit der energetischen Maßnahmen.
Die Ergebnisse im Detail: Square now weist einen jährlichen Primärenergiebedarf von rund 201,7 Megawattstunden sowie CO₂-Emissionen von 55,6 Tonnen pro Jahr auf. Bei Square next liegen die Werte deutlich niedriger, nämlich bei 82,8 Megawattstunden Primärenergiebedarf und 23,5 Tonnen CO₂ pro Jahr. Bezogen auf die Wohnfläche ergeben sich CO₂-Emissionen von etwa 20,3 kg/(m²a) für Square now und lediglich 8,5 kg/(m²a) für Square next. Damit wird der Bundesdurchschnitt von rund 41 kg/(m²a) deutlich unterschritten.
Strombilanz: Hoher Eigenverbrauch und gute Autarkie
Das Monitoring zeigt, dass die Kombination aus PV(T)-Anlage und Batteriespeicher hohe Eigenverbrauchsanteile und Autarkiegrade ermöglicht. Von 2021 bis 2024 lag bei Square next der Eigenverbrauchsanteil des vor Ort erzeugten Photovoltaikstroms bei bis zu 71,3 Prozent. Im selben Zeitraum erreichte das Gebäude einen durchschnittlichen Autarkiegrad von 44,1 Prozent. Der Energieverbrauch durch Elektromobilität ist im Betrachtungszeitraum gestiegen und erhöht dank der eigenen PV-Stromerzeugung den Eigenverbrauchsanteil zusätzlich. Eine Kühlung der PVT-Module führte im Monitoring nicht zu einem messbaren Mehrertrag an elektrischer Energie.
Einsparung von Heizwärme um bis zu 39 Prozent
Der witterungsbereinigte Heizwärmeverbrauch von Square next beträgt 13,8 kWh/(m²a) und liegt damit unter dem Passivhaus-Richtwert von 15 kWh/(m²a). Gegenüber Square now entspricht dies einer Einsparung von rund 31 bis 39 Prozent. Außerdem hat sich das eingesetzte Niedertemperaturwärmenetz in Kombination mit einer dezentralen Trinkwarmwasserbereitung einschließlich elektrischer Nacherwärmung als wirkungsvolle Energiesparmaßnahme erwiesen: Bei Square next konnten die Verluste bei Wärmespeicherung und -verteilung um rund 57 Prozent reduziert werden. Hinzu kommt: Die moderate Dimensionierung des Eisspeichers erwies sich im Betrieb als wirtschaftlich effizient und gewährleistet eine hohe Versorgungssicherheit.
Faktor Mensch: Rebound-Effekte reduzieren die Einsparung
Das Verhalten der Nutzer beeinflusste maßgeblich den Energieverbrauch, der sich im sogenannten Rebound-Effekt widerspiegelte. Das heißt, Energieeinsparpotenziale wurden durch das veränderte Verhalten der Mieter teilweise kompensiert, etwa durch eine Erhöhung der mittleren Raumtemperatur im Gebäude Square next.
Auch bei der Lüftung zeigte sich der Einfluss der Nutzer: Mieterschulungen und die Visualisierung des Verbrauchs erhöhten zunächst das Bewusstsein für Energie- und Ressourceneinsparung. Im Verlauf des Betrachtungszeitraums nutzten die Mieter jedoch die kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) weniger, die Fensterlüftung dagegen häufiger. Generell gilt: Die KWL mit Wärmerückgewinnung bringt energetische Vorteile, erfordert jedoch einfache, robuste Konzepte – andernfalls können die Nutzer durch manuelle Eingriffe und fehlerhafte Bedienung die Effizienz erheblich beeinträchtigen.
Auch Rückmeldungen zur Behaglichkeit verdeutlichen den Einfluss der Nutzer: Die bewusst auf Energieeffizienz ausgelegte Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung entsprach für einige Nutzer nicht den individuellen Komfort-Erwartungen. Daraus folgt: Entscheidend sind eine konsequente Nutzerintegration und -information. Der Faktor Mensch und Rebound-Effekte dürfen nicht unterschätzt werden.
Präzise Prognosen durch thermische Simulation
Die Auswertungen zeigen, dass die thermische Gebäudesimulation den tatsächlichen Energieverbrauch in beiden Objekten deutlich präziser prognostizierte als das Berechnungsverfahren nach DIN V 18599. Simulationsbasierte Ansätze ermöglichen eine realitätsnahe energetische Bewertung, erfordern jedoch eine höhere Datendichte sowie spezifisches Expertenwissen. Für die Praxis bleiben Wirtschaftlichkeit und Anwendbarkeit des jeweils eingesetzten Verfahrens zentrale Kriterien.
Technik-Komplexität erfordert Betriebsmanagement
Der höhere Technisierungsgrad von Square next resultierte in einem spürbar gestiegenen Betriebs- und Wartungsaufwand. Insbesondere technische Störungen, beispielsweise an der Wärmepumpe in Kombination mit PVT und Eisspeicher, beeinflussten zeitweise die Effizienz und den Energieverbrauch. Neben der Technik prägten externe Faktoren die Ergebnisse im Betrachtungszeitraum, etwa die Covid-19-Pandemie und verstärktes Homeoffice sowie Mietpreisstruktur, Nutzerklientel und punktueller Leerstand.
Grundsätzlich zeigt sich, dass ein kontinuierliches technisches Monitoring einen wichtigen Beitrag leistet, um Abweichungen frühzeitig zu identifizieren, nachzusteuern und Optimierungspotenziale auszuschöpfen. Außerdem ist es entscheidend, die Bewohnerschaft kontinuierlich einzubinden, um die Akzeptanz für komplexe Anlagentechnik zu sichern und den nachhaltigen Erfolg der Sanierung zu gewährleisten.
Die Erfahrungen durch die Visualisierung der Energieverbräuche mit dem EnerTouch zeigen, dass klassische Gebäudeautomation im Wohnungsbau oft mit hohen Wartungs- und Instandhaltungskosten verbunden ist. IoT-basierte Lösungen könnten hier eine wirtschaftlichere Alternative darstellen – vorausgesetzt, sie sind robust, skalierbar und benutzerfreundlich.
Fazit und Ausblick
Das Forschungsprojekt Square zeigt eindrucksvoll, dass ambitionierte Sanierungsstandards wie EnerPHit Plus im Gebäudebestand technisch realisierbar sind und signifikante Energie- und CO₂-Einsparungen ermöglichen. Im Vergleich zu konventionellen Modernisierungen lassen sich die CO₂-Emissionen mehr als halbieren.
Ein wichtiger Erfolgsfaktor ist die integrative Verknüpfung von effizienter Gebäudetechnik, regenerativer Energieerzeugung, Speicherlösungen und aktiver Einbindung der Bewohner. Auch zeigt das Forschungsprojekt eindrucksvoll die Notwendigkeit von kontinuierlicher Überwachung in Form eines Technischen Monitorings sowie Optimierung und Anpassung des Anlagenbetriebs. Das Zusammenspiel dieser Elemente bildet einen zentralen Hebel für nachhaltigen Klimaschutz im urbanen Raum.
Zentrale Handlungsempfehlungen
Aus dem vierjährigen Monitoring lassen sich wichtige Erkenntnisse für zukünftige Projekte ableiten:
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts Square dienen als wertvolle Orientierung für die nachhaltige Quartiersentwicklung. Sie machen zudem deutlich, dass selbst ambitionierte Standards wie EnerPHit keine universellen Lösungen sind. Vielmehr ist es erforderlich, in jedem Einzelfall individuelle Sanierungskonzepte umzusetzen, die Praktikabilität, Wirtschaftlichkeit, Systemgrenzen und Nutzeranforderungen in Einklang bringen.
Bild: GBG/ap88 Architekten
Bild: GBG/ap88 Architekten
Bild: GBG / Timo Volz
Bild: Drees & Sommer
Bild: Drees & Sommer
Bild: Drees & Sommer
Bild: Drees & Sommer
Bild: Drees & Sommer
Bild: GBG / Timo Volz
Bild: Drees & Sommer
Bild: Drees & Sommer
Bautafel
Bauherr: GBG – Mannheimer Wohnungsbaugesellschaft mbH, 68167 Mannheim, www.gbg-wohnen.de
Planer: ap88 Architekten Partnerschaft mbB, 69126 Heidelberg, www.ap88-architektur.de
General Construction Management: Drees & Sommer, 70569 Stuttgart, www.dreso.com
Förderung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
GEB Dossier
Grundlegende Informationen zum Thema finden Sie auch in unserem Dossier Fassade mit Beiträgen und News aus dem GEB: