Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur

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1 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 1 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks Dipl.-Ing. Architekt BDA Banz + Riecks Dipl.-Ing. Architekten BDA Bochum, Deutschland

2 2 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks

3 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 3 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur 1. Gestaltfindung Der Architekt gestaltet in der Gegenwart, vor dem Hintergrund der Erfahrungen der Vergangenheit, für die Zukunft. Er gestaltet den Ort, für den Auftraggeber, für eine konkrete Aufgabenstellung. die bauliche Gestalt ist Ergebnis der Auseinandersetzung in diesem Spannungsfeld. Vor dem Hintergrund der sich darstellenden zukünftigen Energieverfügbarkeiten sehen wir aus ökologischer und ökonomischer Sicht die zentrale Herausforderung an uns als die Zukunft mitgestaltende Ingenieure, im verantwortbaren Umgang mit den natürlichen Ressourcen. Die Frage ist welche Möglichkeiten, welche Perspektiven, welche Strategien haben Architekten um Gebäude zu konzipieren die weitgehend, in der Jahresbilanz, ohne Energieverbräuche, ohne CO 2 Emissionen, möglichst weitgehend regenerativ energieversorgt, betrieben werden können. Dabei geht es nicht um einen vordergründigen Trend in der Architektur, es geht nicht um eine modische Zeitgeisterscheinung, sondern es geht um die zentrale Herausforderung unser heutigen Zeit. Wir planen und realisieren Gewerbebauten, Industriebauten, Bauten für kulturelle Einrichtungen aber auch hochwertige Privatimmobilien, vielfach auch mit dem Werkstoff Holz, immer mit dem Ziel der deutlichen Reduktion der Energieverbräuche, der Deckung des Restenergiebedarf mittels regenerativer Techniken und mit dem Ziel des Ausgleichs der Energie und CO 2 Bilanz über das Jahr. Wir gestalten diesen Prozess in projektorientierter Zusammenarbeit zwischen Architekten, Tragwerksplanern, Gebäudetechnikingenieuren als Form des Zusammenwirkens mit höchstem Innovationspotential. Nicht das einseitige entwickeln des einzelnen ist die intelligente Strategie, vielmehr ist dies das gemeinsame, das integrale planen. Diese Herangehensweise an die Frage der Architektur ist nicht neu. Ein Pionier wie Buckminster Fuller stellte sich schon in den zwanziger Jahren den Fragen der Entwicklung von Gebäuden als Teil einer Gesamtherausforderung aus den Bereichen Gestaltung, Gebäudetechnik, Tragsysteme und Ökonomie als Teil eines verantwortbaren Verhaltens, in Beantwortung der Fragen der Zukunft. Nachhaltigkeit als technologische, ökonomische und ökologische Herausforderung ist mittlerweile Hintergrund des Handelns in fast allen gesellschaftlichen Bereichen geworden. Seit 15 Jahren beschäftigen wir uns in unserem Bochumer Büro mit Konzepten auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur. Welche Strategie wir dabei verfolgen und welche architektonische Gestaltung sich aus dieser Auseinandersetzung entwickelt möchten wir darstellen.

4 4 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 2. Auf dem Weg zur Nullemissionsaarchitektur 2.1. Bedarfsreduktion Konzept Der erste Schritt ist der konzeptionelle Ansatz des Projektes. Wie orientiert sich das Gebäude am Ort, wie kompakt ist das Gebäudevolumen, wie sind die Verknüpfungen zwischen Kubatur, Form, Funktion und Technik organisiert. Abbildung 1: Projekt 2.2. Bedarfsreduktion Tragwerk Durch ein intelligentes Tragwerkskonzept ist der umbaute Raum, als der zu konditionierende Raum, zu reduzieren. Die Reduktion des umbauten Raumes erreicht die Reduktion des zu belüftenden und zu beheizenden Gebäudevolumen mit entsprechend kleinerer Auslegung der technischen Anlagensysteme Bedarfsreduktion Hülle Die entscheidende Rolle spielt die Optimierung dses Wärmeschutzes und damit die Optimierung der thermischen Hülle des Projektes. Neben den hochwärmegedämmten geschlossenen Gebäudeteilen erreicht die Reduktion der Verglasungsflächen, als zunächst thermischer Schwachpunkt, die Reduktion der Heizwärmelasten für den Winterfall als auch die Reduktion der Kühllasten aufgrund solarer Einstrahlung im Sommerfall Didaktik des Details Die besondere Ambition der Projekte teilt sich über die architektonische Ausgestaltung der entscheidenden technischen Details dem Benutzer mit. Eine positive Nutzerakzeptanz ist Grundvorraussetzung für den zielführenden Betrieb der Gebäude. Die freie Lüftung, in ihrer speztischen technischen Bedeutung, ist erlebbar, ebenso die Ausgestaltung der Details der kontrollierten Lüftung und anderer erlebbarer Komponenten des Gebäudetechnikkonzeptes.

5 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 5 3. Bedarfsreduktion Verbrauch Neben der unter Optimierungsgesichtpunkten behandelten Entwicklung des Konzept, des Tragwerks sowie der thermischen Hülle bis zur Gestaltung des didaktischen Details kommt der energetischen Verbrauchsreduktion der Gebäude sowie der Gebäudenutzung die zentrale Bedeutung zu Bedarfsreduktion Elektro Über die unter Tageslichtgesichtspunkten optimierte Auslegung des Fassadenöffnungsmasses ist die elektrische Arbeitsplatzausstattung zu reduzieren. Für Bürogebäude dienen 8 Watt instalierte elektrische Leistung je qm als Zielvorgabe. Der Ausstattung des Arbeitsplatzes mit energieeffizienten Geräten insbesondere im Bereich der EDV Ausstattung kommt eine weitere wichtige Bedeutung zu Bedarfsreduktion Wärme Geschlossene Fassaden und Dachbauteile werden hochwärmegedämmt, hier nutzen wir vielfach die spezische Leistungsfähigkeit von hochwärmegedämmten Holzelementfassadensystemen. In Abhäbngigkeit von der Ausrichtung der Gebäudeteile zur Sonne wird die Leistungsfähigkei der Glastechnologie hinsichtlich erreichbarer Energieverlustreduktionen sowie Energieeintragreduktionen eingesetzt. Eine intelligente aber einfach handhabbare Gebäudeleittechnik unterstützt das ambitionierte Gebäudehüllkonzept zur energetischen Verbrauchsreduktion 3.3. Bedarfsreduktion Kälte Die Herausforderungen aktueller Projekte sehen wir in der Entwicklung der thermischen Trägheit von Holzleichtbaukonstruktionen zur Optimierung des Raumklimas für den Sommerfall. Soalre Einstrahlung ist im Sommerfall möglichst zu reduzieren. Entwärmungssysteme sind als Teil des gebäudetechnischen Konzeptes zu organisieren, die thermische Speicherfähigkeit der Gebäude, auch bei Leichtbausystemen, ist mittels innovativer Materialien und Techniksysteme zu erhöhen. Auch hier kommt der intelligenten aber einfach handhabbare Gebäudeleittechnik eine entscheidendde Bedeutung zu Optionen Bedarfsdeckung Die fossile Brennstoffe als Grundlage des Wohlstands und Lebensstandards eines Bruchteils der Bevölkerung des Planeten Erde sind endlich. Weitere ökonomische Belastungen aufgrund sich abzeichnender, das System in Frage stellende, Kostenentwicklungen führen zu ökonomischen und politischen Krisen. Dabei sind die Grundlagen einer technologischen nachhaltigen Energieversorgung verfügbar. Die Deckung des Energiebedarfs zukünftig aius einem Mix regenerativer Energiesystemen aus den Bereichen Solarthermie, Photovoltaik, Biomasse und sonstiger Umweltenergien ist das einzige realistische Zukunftsszenario. Die Technolgie regenerativer Energiebedarfsdeckung ist verfügbar, bezahlbar also einsetzbar, begleitet durch duioe entsprechende Bereitschaft der technisch beteiligten Architekten und Ingenieure.

6 6 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 3.5. Statements zur Architektur Das Wesen der Architektur wird nicht in Frage gestellt. Architektur bleibt primär die Frage nach der räumlichen Atmosphäre, die Frage nach der Proportion von Räumen, die Entsprechung in der Tektur der Materialien, Wahrnehmung erfolgt weiterhin über Licht, Wärme, Feuchte und Akustik. Die Nachhaltigkeit der Gestaltqualität von Architektur bleibt zentrale Herausforderung. Ein technisch leistungsfähiges und ambitioniertes Gebäude ist nicht zwangsläufig ein gutes Gebäude, ist nicht nicht zwangsläufig Architektur. Die Systeme des ambitioniert gestalteten Gebäudes orientieren sich ebenso an den Fragen der Nachhaltigkeit, eine nachhaltige Konstruktion, nachhaltige Gebäudetechniksysteme. Gebäude bleiben singuläre Antwort auf die Fragen des Ortes, Gebäude sind primär Unikate. Die Wahrnehmingsanfoderungen beziehen sich auf ihre äussere siowie auf ihre innere Gestalt. Die Wahrnehmung von Architektur erfolgt über ihre Kubatur, über ihre Atmosphäre, ihre Materialität sowie über die greifbare Textur. Gebäude sind Ergebnis funktionaler Nutzungsanforderung in Kommunikation mit dem Bauherrn, Gebäude sind technische Konstruktionssysteme mit vielfachen Subsystemen. Sie sind gestaltete, konstruktive, technische Form, die Lösung technischer Problemstellungen verlangt auch immer wieder nach zu gestaltender Innovation. Innovation ist jedoch nie primär formal. Sie findet statt vom architektonischen Konzept bis zur Didaktik des Details, sie findet statt an den Schnittstellen zu den begleitenden Ingenieurwissenschaften. Architektur ist verantwortbarer Umgang mit den natürlichen Ressourcen, Architektur ist das Ziel unserer integralen Konzeptstrategien. 4. Nullemission in der Jahresbilanz Nullemissionsgebäude sind zunächst Gebäude mit gegenüber dem üblichen Standard deutlich reduziertem Energiebedarf. Die Reduktion der Wärmelasten im Winter sowie der Kühllasten im Sommer und damit die Reduktion der notwendigen Gebäudeanlagentechnik wird erreicht durch die wärmetechnische Optimierung der Gebäudehüllflächen. Die entscheidende Rolle kommt dann der Kopplung an ein vorhandenes Energieversorgungsnetz zu um die saisonal schwankende Energienachfrage gegenüber der ebenfalls saisonal schwanken die Energieerzeugung auszugleichen. Dem Energieverbrauch und den damit verbundenen CO 2 Emissionen über das Jahr gerechnet wird die Energieerzeugung des Gebäudes mittels regenerativer Energieversorgung gegenübergestellt. Angestrebt ist der Ausgleich der Energiebilanz / Emissionsbilanz über ein Jahr gerechnet.

7 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 7 Abbildung 2: solvis nullemissionsfabrik 4.1. solvis nullemissionsfabrik 01. bauabschnitt 2001 Die Planungsstrategie wurde mit der Realisierung der SOLVIS Nullemissionsfabrik 2001 beispielhaft realisiert. Die qm Nutzfläche des ersten Bauabschnitts wurden mit einem um 80 % niederigeren Energieverbrauch als durch die damalige Wärmschutzverordnung gefordert realisiert. Mit einem Heizwärmebedarf von 28 kwh / qm a und einem Anteil der Technischen Anlagen von lediglich 15,4 % der Gesamtkosten Kostengruppe gemäss DIN 276 ist das Gebäude vollständig aus regenerativen Energiequellen versorgt. Ein mit Rapsöl betriebenes Blockheizkraftwerk sowie die solaren Erträge der thermischen und photovoltaischen Kollektoranlagen gewährleisten die CO 2 neutrale Energieversorgung. Das SOLVIS Projekt wurde 2002 mit dem Europäischen Solarpreis und 2003 mit dem european architecture & technology award sowie mit dem energyglobe, dem Weltpreis der Nachhaltigkeit, ausgezeichnet. Im Januar 2008 wurden wir für Planung und Realisierung der SOLVIS Nullemissionsfabrik mit dem PROM des Jahres, als energieeffizienteste Gewerbeimmobilie Deutschlands, ausgezeichnet. Der Primärenergiebedarf gemäss DIN ENEV 2007 beträgt 0,0 kwh / qm a der solvis weg struktur und thema Die in die Fertigung eingeschriebenen Verwaltungsbereiche thematisieren den baulichen gefassten 'Innenhof' als qualitätvollem Aussenraum innerhalb des ansonsten hinsichtlich des A / V Verhältnisses optimierten Gebäudevolumens. Die Gebäudelängserschliessung erfolgt in der Gebäudemittelachse, als innere Längserschliessung, hier begegnen sich die internen Personenbewegungen mit den Produktlinien. Der innenliegende mittige Weg, als thematisierte Gebäudelängsachse, wurde zur zentralen Situation des Hauses, zur 'Wirbelsäule' des Gesamtsystems, erhielt als 'SOLVIS - Weg' seine konzeptionell, inhaltliche Bedeutung. Die bauliche Umsetzung des SOLVIS - Weges sowie der angebundenen Verwaltungsbereiche erfolgte aus Gründen der thermischen Speicherfähigkeit, in Zielrichtung der nächtlichen Rückkühlmöglichkeit dieser Gebäudemassen sowie aus Gründen optionaler Brandschutzklassifikation als Stahlbetonkonstruktion. In den 'SOLVIS - Weg' sind im Erdgeschoss sämtliche notwendige Funktionsnebenräume und Sanitäeinrichtungen eingeschrieben, auf diesen Bereichen, im 1. Obergeschoss, ist die gesamte Haustechnik sichtbar organisiert.

8 8 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks Der SOLVIS - Weg gibt dem Bebauungskonzept seine spezifische Identität, als Raum der koordiniert organisierten Haustechnik, und ist identfikationsbildender Zentralbereich des Haustechnikproduzenten SOLVIS. Beidseitig anschliessend an die primäre Stahlbetonkonstruktion des SOLVIS - Weges wurden, unter Beachtung der Primärenergieinhalte der Baustoffe, die Fertigungs- und Lagerbereiche als weitgespannte Holzleichtbaukonstruktionen über jeweils 27,50 m konzipiert. Die beiden äusseren Längsachsen der weitgespannten Holzkonstruktion wurden als Stützenkonstruktion mit vorgehängter Holzelementfassade, alternativ als hochwärmegedämmte Holzrahmenbaukonstruktion, ausgeführt. Abbildung 3: Energieausweis

9 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks 9 Erfahrungen aus der weitgespannten Holzrahmenbaukonstruktion der MANNUS Halle führte zur differenzierten Optimierung der Holzbaudetails unter Gesichtspunkten der Fertigung und Montage insbesondere unter Berücksichtigung der erforderlichen Leistungswerte für die zu erreichende Luftdichtigkeit der Gesamtkonstruktion sowie unter Berücksichtigung der zu erwartenden Witterungszustände für den Montagezeitrahmen November - Dezember Bauteile wurden als vorfabrizierte Konstruktionselemente, einschliesslich 24 cm verbauter Wärmedämmung sowie innerer und äusserer witterungsschützender Bekleidung, für die Wand- und Deckenbauteile konzeptioniert und bauseits verbaut. Die Verwaltungsbereiche wurden als Verbundkonstruktion mit Stahlbetondecken und die Innenraumatmosphäre prägenden BSH - Holzbaustützen konstruiert. Abbildung 4: Konstruktionselemente 4.3. solvis nullemissionsfabrik 02. bauabschnitt Jahre nach Fertigstellung des ersten Bauabschnittes wurden wir 2008 mit der Erweiterung der Nullemissionsfabrik beauftragt. Die Belegschaft 2001 von 120 Mitarbeitern hatte sich bis 2008 auf rund 300 Mitarbeiter erweitert. Es bestand ein baulicher Erweiterungsbedarf von rund qm multifunktional nutzbarem Produktions - und Lagergebäude, desweiteren besteht die Notwendigkeit der Erweiterung um ein Schulungs und Anwenderzentrum mit rund 800 qm. Die Produktionshallernerweiterung erfolgte nach gleichem Konstruktionsprinzip wie der erste Bauabschnitt jedoch wurden die inneren Längswände des SOLVIS - Weges in ein filigranes Stützensystem aufgelöst sodass die Gesamterweiterungsfläche von rund 85,00 x 61,00 m weitgehend uneingeschränkt als Gesamtfläche nutzbar ist. Insbesondere bei der zur Zeit in Realisierung befindlichen Schulungsaufstockung gilt es sich wieder der Leistungsfähigkeit des modernen Holzbau zu bedienen. Aufgrund der Lastannahmen des 1. Bauabschnittes ist die Aufstockung grundsätzlich nur als Leichtbaukonstruktion möglich. Neben dem geringen Eigengewichts der Konstruktion spricht das Potential des Werkstoff Holz im Bereich Atmosphäre und erlebbarer Tektur für den gewählten Baustoff. Die umlaufenden Aussenwände der Schulungsaufstockung werden in weitgerhend geschlossenen, hochwärmegedämmten Holzrahmenbau - Aussenwandelementen ausgeführt.

10 10 Auf dem Weg zur Nullemissionsarchitektur Dietmar Riecks Abbildung 5: Ansicht Zum Innenhof erfolgt die Konstruktion der thermischen Hülle in den Bürobereichen als vorfabrizierte Elementfassade mit einem Systemmass von 1,25 m über die lichte Geschosshöhe von 3,375. Die Fassadenelemente nehmen als Einzelbauteile jeweils sämtliche notwendige technische Funktionen wie Blendschutz, Sonnenschutz, Wärmeschutz, Lüftungsnachströmung etc. auf. Die Dachkonstruktion wird als Holzstapeldecke ausgeführt. Mit einer im Zentralbereich unterzugsfreien Konstruktionsabmessung von 22,50 m x 16,50 m, ist sie nach oben an zwei über 22,50 m spannende BSH Überzüge gehangen. Abbildung 6: Die Dachkonstruktion Zwischen den beiden im Abstand von 2,50 m konzipierten Primärbindern erfolgt die Tageslichtversorgung der Schulungsflächen über die horizontale Sonnenschutzverglasung. Die Vertikallasten im Bereich der Innenhoffassaden werden über schmale Hozwerkstoffschotten mit der Dimension 10 cm x 36,50 cm im Konstruktionsabstand von jeweils 2,50 m abgetragen. Die Konstruktionsart der BSH Elementdecke erreicht die notwendige thermische Speicherfähigkeit der hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes exponierten, aufgesetzten Leichtbaukonstruktion und ist gleichzeitig atmosphärisch prägender und erlebbarer Baustoff des neuen Mittelpunktes der SOLVIS Nullemissionsfabrik in Braunschweig.