Güterstrasse 81. Basel. Autoren: Peter Frei Rubén Martínez Michael Kienberger Sandro Sigg Samuel Stuber

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1 Vv Güterstrasse 81 Basel Modul 1: Gebäude als System Dozent: Christian Zeyer 20. September 2016 Autoren: Peter Frei Rubén Martínez Michael Kienberger Sandro Sigg Samuel Stuber

2 Inhaltsverzeichnis 1 Aufgabenstellung Ausgangslage und Motivation Sanierungsmassnahmen Energetische Optimierung Hochleistungsdämmstoff Aerogel Denkmalschutz bei Altbausanierungen Fazit Bibliography

3 1 Aufgabenstellung Das Ziel dieses Berichtes ist es, Gebäude als komplexe Systeme zu betrachten und die Rolle eines Energieingenieurs bei einer Sanierung aufzuzeigen. Für eine erste Beurteilung wurde das Objekt zusammen mit dem Architekten besucht, welcher die Motivationen der Bauherrschaften und die verwendeten baulichen Massnahmen der Sanierung erklärte. In diesem Bericht wird nebst der Dokumentation der gesamten Gebäudesanierung und der Analyse der Energieverbräuche ein spezielles Augenmerk auf die Herausforderungen für die Erhaltung der südlichen Altbaufassade gesetzt. Dafür wurden Interviews mit Experten von dem verwendeten Hochleistungsdämmstoff Aerogel und der Denkmalschutzpflege geführt um Verbesserungspotentiale bei Altbausanierungen aufzudecken und darzulegen. 2 Ausgangslage und Motivation Das Mehrfamilienhaus an der Güterstrasse 81 in Basel stammt aus dem Jahre 1911 und wurde im Jugendstil gebaut. Das Erdgeschoss wurde von einem Geschäft genutzt und in den oberen Geschossen befanden sich Wohnräume. Die Gebäude an dieser Strasse sind in der Bauzone und stehen daher nicht unter Denkmalschutz. Das Objekt war vor der Sanierung innen und aussen in einem baufälligen Zustand. Die Gebäudetechnik (alte Oel- und Gasheizung) wie auch die Gebäudehülle (keine Wärmedämmung, Kaltdach) entsprach nicht mehr den heutigen Anforderungen und konnte mit dem veralteten Rohrleitungssystem nicht mehr verwendet werden. Die für den Jugendstiel typische Raumgestaltung der Räume und Nasszellen erfüllten nicht mehr die heutigen Komfortbedürfnisse und senkten die Lebensqualität in den Wohnungen. Abbildung 1 Frontansicht der strassenseitigen Fassade 2

4 Die Motivation von der Pensionskasse CoOpera als Bauherrin lag einerseits auf einer energetisch nachhaltigen Sanierung, aber anderseits sollte die schöne, jedoch nicht denkmalgeschützte Strassenfassade erhalten bleiben. Aufgrund der Pilotanwendung des Hochleistungsdämmstoffes bei einer Altbausanierung wurde das Projekt von der Denkmalpflege BS begleitet, mit dem Ziel ein denkmaltaugliches Referenzprojekt zu erstellen. Weiter wurde die Sanierung als P+D-Projekt anerkannt und unterstützt durch eine Förderinitiative des Amts für Umwelt und Energie (AUE) Basel-Stadt, welche solche Pilotprojekte vorantreiben will. (Seidel, 2016) 3 Sanierungsmassnahmen Die nicht denkmalgeschützte strassenseitige Fassade mit denkmalpflegerischer Sorgfalt, aber ohne Risiko zu sanieren, war die Motivation aller beteiligten Parteien. Mit dem Sanierungsprojekt wollte man wegweisende Massnahmen erstellen, um für vergleichbare Objekte als Referenzprojekt zu dienen. Aufgrund der baulichen Gegebenheiten des Gebäudes, wurde die Zertifizierung nach einem Nachhaltigkeitslabel Standard ausgeschlossen, da gewisse gebäudetechnische Anforderungen finanziell und technisch nicht vertretbar wären. Folgende Sanierungsmassnahmen wurden getroffen: Sufizienzmassnahmen Damit der Charme der Jugendstiel Architektur erhalten werden kann, wurde bei der Sanierung auf die Einbindung von möglichst vielen bestehenden Bauteilen geachtet. Somit konnten die alten Bauteile gleich wieder in den Materialkreislauf eingebunden werden und durch den Wegfall von den Entsorgungsgebühren und neuen Baustoffen konnten die Kosten der Sanierung reduziert werden. (Seidel, 2016) Abbildung 2 Einbindung von bestehenden Bauteilen in Sanierung 3

5 Thermische Gebäudehülle Die Gebäudehülle wurde komplett saniert mit anderen Prioritäten für die unterschiedlichen Gebäudeabschnitte. Die Hausfassade Richtung Innenhof und das neue Warmdach erfüllen den heutigen Baustandart. Weiter wurde der Boden und die Wände im EG gegen den unbeheizten Keller und Eingangsbereich isoliert. Um eine Hochwertige Gebäudehülle zu erhalten wurden dreifachverglasten Fenster eingebaut um Kältebrücken zu verhindern. Strassenseitig war das Hauptkriterium Abbildung 3 Isolierung gegen undie Erhaltung des Erscheinungsbildes von der originalen Fas- beheizte Räume sade. Dies wurde mit dem Einsatz von dem innovativen Hochleistungsdämmstoff Aerogel angestrebt. Der Einsatz von Aerogel ermöglicht bei geringen Platzverhältnissen trotzdem einen guten Dämmwert. Um weitere Kältebrücken zu verhindern, wurden die bestehenden Balkone abgebrochen. (Seidel, 2016) Raumplanung Mit dem Dachausbau und einer Wohnraumerweiterung im Innenhof, wurde weiteren Wohnraum geschaffen. Bei der Sanierung des alten Kaltdaches zu einem Warmdach, konnte die ursprünglich als Estrich genutzte Dachgeschossfläche in eine 3-Zimmer Wohnung umgebaut werden. Die neu errichtete Wand Richtung Innenhof besteht grösstenteils aus einer Abbildung 4 Ansicht Anbau und grossen Fensterfront. Dadurch steigert sich der Tageslicht- Balkon einfall in der Wohnung und macht die Wohnung heller. Die Kombination mit den partiell öffnenden Fensterfronten mit den neuen Balkonen ermöglicht den Bewohnern saisonal die neue Wohnfläche als offenen Balkon oder beheizten Innenraum zu nutzen. Dank der kompakten Transformation der Geräte konnte der Platz von den ungünstig gestalteten Nass- Abbildung 5 Ausbau Dachstock zellen ideal genutzt werden. (Seidel, 2016) Gebäudetechnik Das Gebäude wurde an das Fernwärmenetz der Industriellen Werke Basel angehängt. Aufgrund der örtlichen Situation wurde der Wärmetauscher so ausgelegt, dass das nebenstehende Objekt, welches in einer späteren Bauphase gebaut Abbildung 6 Hausanschlus Fernwärme 4

6 wird, an den gleichen Anschluss angehängt werden kann. Angesichts der Standortverschiebung der Steigzonen und der Baufälligkeit des bestehenden Netzes wurde das Elektro, Trink- und Abwassernetz neu erstellt. (Seidel, 2016) Wohn- und Lebensqualität Das Erdgeschoss bleibt eine Gewerbsfläche und wird nicht in Wohnraum umgewandelt. Dies steigert die Attraktivität des Wohnquartieres und unterstützt die kleinen Gewerbe der Stadt. Durch die gemeinsame Nutzung des Velokellers mit dem Nachbarsgebäude und der Planung einer halbprivaten Begegnungszone im Innenhof sollte die Durchmischung unter den Anwohnern gefördert und die Wohnqualität in dem Gebäude verbessert werden. (Seidel, 2016) Abbildung 7 Erhaltung Erdgeschossgewerbe 4 Energetische Optimierung Sanierung Strassenfassade Mit dem Ziel der Erhaltung des optischen Bildes der Strassenfassade, entschloss man sich für den Einsatz eines Hochleistungsdämmputzes. Der Fixit-Aerogel-Dämmputz weist einen Lambdawert von W/mK auf, was im Schnitt drei Mal besser ist als herkömmliche Produkte. Mit dem Einsatz des Aerogel-Putzes konnte ein Wärmedurchgang durch die Wand von 0.49 W/mK erreicht werden, was zur bestehenden Wand eine Verbesserung von 0.8 W/mK ausmacht. Um das Bild gegen aussen perfekt nachzubilden, wurde am Schluss einen herkömmlichen Kehlenwurfputz aufgebracht. Die alten Fenster die einen U-Wert von ca. 2.1 W/mK aufwiesen wurden durch neue Holzfenster mit einem U-Wert von 1.1 W/mK ersetzt. Die alten Storenkästen wurden ausgedämmt. Sanierung Innenhof Fassade Da bei der Rückseite der Denkmalschutz-Aspekt nicht berücksichtig wurde, wurde diese komplett neu gestaltet. Man entschloss sich für eine Leichtbauvariante. Um möglichst viel Licht in diesen Anbau zu bringen, hat man Hebe-Schiebefenster aus Holz eingesetzt, welche fast die ganze Fassade ausfüllen. Diese sind 3-Fach Verglast und haben 5

7 einen U-Wert von 1.1 W/mK. Die alte Fassade wurde in den Wohnraum integriert, sowie die alten Fenster. Sanierung Steildach Bei der ursprünglichen Nutzung des Gebäudes wurde das Dachgeschoss nicht als Wohnraum genutzt. Der Aufbau war ein Kalt-Dach und deshalb nicht Gedämmt mit einem U-Wert von 1.7 W/mK auf. Bei der Sanierung des Daches entschied man sich für ein Warmdach mit einer Wärmedämmung von 24 cm. Dadurch entstand neuer Wohnraum welcher neu als Wohnung genutzt wird. Weiter wurden Dachfenster mit einer 3-Fach Verglasung verwendet um Sonnenlicht in den Raum zu bringen. Erdgeschoss Im Erdgeschoss, wo sich das Ladenlokal befindet, wurde der Boden gegen das Untergeschoss neu Wärmegedämmt. So kann der Wärmeverlust über den Boden in den unbeheizten Kellerbereich minimiert werden. Ursprünglich wies der Boden einen U-Wert von rund 1.9 W/mK auf, was durch die Dämmung der Unterseite auf 0.20 W/mK reduziert wurde. Bei dieser Optimierung wurde 18 cm Steinwolle angebracht. Gesammte Einsparung Mittels einer SIA 380/1 Berechnung haben wir den Verbrauch der Ausgangslage und der IST-Situation bestimmt. Tabelle 1 Energieverbräuche vor und nach Sanierung MJ/m² MJ EBF kwh Heizöl Ausgangslage 501 MJ/m² 300`850.5 MJ 83`569.6 kwh 8`356.9 l IST-Situation 106 MJ/m² 85`648 MJ 23`791.1 kwh 2`379.1 l Einsparung 395 MJ/m² 215`202.5 MJ 59`778.5 kwh 5`977.8 l Mit diesen Sanierungsmassnahmen können neu 5`977.8 Liter Heizöl pro Jahr eingespart werden, äquivalent zu 19.0 Tonnen CO 2. 6

8 Endenergie / (kwh/m2*a) Endenergie Grenzwert MuKEn 2007 (Heizung & WW) Umweltwärme Strom3 Strom2 Strom1 WW3 0 Ist Umweltwärme MukEn Abbildung 8 Einfache Energiebilanz Endenergie Primärenergie / (kwh/m2*a) Primärenergie Primärenergie Graue Energie & Mobilität Produktion Produktion Mobilität Graue Energie Strom3 Strom2 Strom1 WW3 WW2 WW1 Heizung 4 Heizung 3 Heizung 2 Heizung 1 Abbildung 9 Einfache Energiebilanz Primärenergie 7

9 5 Hochleistungsdämmstoff Aerogel Da das Objekt Güterstrasse 81 in Zusammenarbeit mit dem Denkmalschutz saniert wurde, musste bei der Dämmung der Frontfassade eine optimale Lösung gefunden werden. Um die optische Erhaltung der Fassade zu gewährleisten, wurde hier auf den Dämmputz Aerogel gesetzt. Ursprünglich stammen die Aerogel aus der Raumfahrt. Der weltweit leichteste Feststoff besteht aus 90 98% Luft. Da die Luftmoleküle in der porösen Struktur eingeschlossen werden, wird die Wärmebrücke eingeschränkt, was zu einer guten Dämmeigenschaft führt. Das Rohmaterial von Aerogel ist amorphes Siliciumdioxid (rein mineralisch), welches die Grundlage für den leistungsfähigsten Dämmputz ist. Der Dämmputz wurde speziell dafür entwickelt, um ortsbild- und denkmalgeschützte Objekte energieeffizienter zu sanieren. Abbildung 10 Anbringung Aerogel Dämmputz Das beim genannten Objekt benutzte Produkt Fixit 222 Aerogel, welches von der Firma Fixit AG in Zusammenarbeit mit der EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) entwickelt wurde, hat eine deklarierte Wärmeleitfähigkeit von W/mK nach SIA 279. Bei richtiger Anwendung kann dieses einen 2 3 Mal besseren Isolationswert als herkömmliche Dämmputze erreichen, was die Heizkosten bis zu 2/3 senkt. Abbildung 11 Aerogel Wärmeleitfähigkeit Dämmputze Ein weiterer Vorteil besteht bei der Wasserundurchlässigkeit bei gleichzeitiger Wasserdampfdurchlässigkeit (diffusionsoffen). Da der Aerogel-Dämmputz deutlich mehr Wasserdampf durchlässt als herkömmliche Putze, wird die Schimmelbildung verhindert. Der Aerogel-Dämmputz wird konventionell aufgetragen und bei grossen Flächen gespritzt, wobei der Putz bis zum 5. Stockwerk gepumpt werden kann. Der Untergrund muss vorbehandelt werden, um ein optimales Haft- und Saugverhalten zu erzielen. Bezüglich den Gesundheitsrisiken wurde eine externe Studie bei der Firma Nanocase in Auftrag gegeben. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Partikel des Aerogels nicht im Nanobereich befinden 8

10 und das Rohmaterial (amorphes Siliciumdioxid) gesundheitlich unbedenklich ist. Die EMPA empfiehlt dennoch das Tragen von Staubmasken mit dem Umgang von Aerogel-Dämmputz. Aerogel-Dämmputz kann in einem Downcycling rezykliert werden. Dies bedeutet, dass nach dem Wiederaufbereitungsprozess nicht mehr dieselbe Qualität wie bei der Erstproduktion erreicht werden kann. Das rezyklierte Produkt kann wieder als Formkörper eingesetzt werden. Da die Rezyklierung erst im Kilogramm-Bereich testweisedurchgeführt wurde, können über die Qualitätsverluste noch keine aussagekräftigen Rückschlüsse gezogen werden. Zur Zeit ist der Aerogel-Dämmputz im Vergleich zu herkömmlichen Dämmstoffen teuer. Dank Mengeneffekten und Produktionsoptimierungen bei der Fixit AG wurde der Preis schon um 50 % des ursprünglichen Preises gesenkt. Mittelfristig strebt die Fixit AG eine weitere Preisreduktion an und will sich im Markt der energetischen Sanierung von alten bzw. orts- und denkmalgeschützten Gebäuden etablieren. (Fixit, 2016) (Brunner, 2016) Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der Aerogel Dämmputz dann zu empfehlen ist, wenn eine energetische Sanierung mit optischer Erhaltung der orts- und denkmalgeschützten Fassaden durchgeführt wird. 6 Denkmalschutz bei Altbausanierungen Denkmalpflege und Ortsbildschutz wird in der Schweiz kantonal durch Kantonale Stellen und auf nationaler Ebene vom Bundesamt für Kultur vollzogen. Nebst den staatlichen Organisationen setzten sich verschiedene private Organisationen für diese Anliegen ein. Basierend auf den Gesetzlichen Grundlagen vom Natur- und Heimatschutz (NHG) agiert die Denkmalpflege um das öffentliche Interesse am nationalen architektur und kulturgeschichtlichen Erbe zu wahren um die unverwechselbaren Identitäten der einzelnen Regionen Städte und Quartiere zu erhalten. Anhand verschiedener Kriterien werden die Gebäude beurteilt und die schützenswerten Objekte im Inventarkatalog aufgenommen. Diese unterstehen bei Sanierungen nebst den verbindlichen kantonalen Energiegesetzen (MuKEn) den spezifischen kantonalen NHGs. Bei Sanierungen werden von der Denkmalpflege, der Bauherrschaft und dem Architekten individuelle Lösungsvorschläge für Anbauten, Änderungen des Gebäudebildes und Gebäudetechnischen Anlagen gesucht. 9

11 Angesichts der Erhaltung des Gebäudebildes, ist die Denkmalpflege auch interessiert nachhaltige und energetisch Wertvolle Sanierungen zu unterstützen, damit die weitere Nutzung eines unter Denkmalschutz stehenden Gebäudes weiterhin gegeben ist. Um dies zu erreichen, wird beim Denkmalschutz auf neue innovative Technologien und Baustoffe gesetzt. Diese Projekte werden auch finanziell und mit Know-How gefördert. Die grössten Stolpersteine der Denkmalschutz und bauherrschaftlichen Seite ist die Kommunikation und die gegenseitige Zielvereinbarung. Beide Parteien wünschen eine möglichst frühe Kontaktaufnahme um die Interessen auszutauschen, um daraus Lösungen zu finden. Diese Vorgehensweise reduziert die baulichen und juristischen Kosten während und nach der Bauphase um ein Vielfaches und grössere Konflikte werden vermieden. (Gerber, 2016) 7 Fazit Der Hochleistungsdämmputz stellt eine energetisch tragbare Lösung sicher, mit dem die Jugendstilfassade erhalten bleibt. Die Denkmalpflege sollte bei solchen Bauten früh beigezogen werden um bei Sanierungen die Kosten und Differenzen klein zu halten. Durch die Sanierung des Daches, den Anbau mit grossen Fensterflächen Richtung Hinterhof und die Anbindung an das Fernwärmenetz wurde das Gebäude zusätzlich energieeffizienter und steigerte die Wohnqualität. Einen weiteren optischen Höhepunkt ist die Integration der alten Innenhoffassade in den Wohnraum. Das Objekt ist ein sehr gutes Referenzprojekt für die energetische Sanierung bei orts- und denkmalgeschützten Gebäude. Aus unserer Sicht ist diese Methode der Altbausanierung ein Weg, der weiterverfolgt werden sollte. 8 Bibliography Brunner, S. (14. September 2016). (G. Gruppe, Interviewer) Fixit. (2016, September 09). Fixit AG. Retrieved from Gerber, M. (15. September 2016). Denkmalpflege Bern. (S. S. Peter Frei, Interviewer) Seidel, O. (13. September 2016). (G. Gruppe, Interviewer) 10