Solar Decathlon Europe 21/22 – Team coLLab

Den thematischen Rahmen für das Forschungsvorhaben gab die Ausschreibung des Wettbewerbs Solar Decathlon Europe 21/22 vor, für den Gebäudeprototypen entwickelt werden sollten, die neben energetischer Exzellenz auch erstmals den urbanen Kontext adressieren. Unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und verantwortungsbewusstem Ressourcenmanagement waren dabei die Wiederbelebung und Weiterentwicklung von typischen Bestandsquartieren durch Renovierung, Transformation und Wiedernutzung sowie die Entwicklung solarer Energieversorgungskonzepte über die Systemgrenze einzelner Gebäude hinaus wichtige Zielsetzungen.

• Nachverdichtungen im urbanen Raum mittels innovativer Interventionen
• Entwicklung von klimaneutralen Gebäudekonzepten über den gesamten Lebenszyklus unter Einbezug der Bestandsgebäude
• Kreislauffähige Konstruktionen aus nachwachsenden Baustoffen, rezyklierten bzw. rezyklierbaren Materialien und vorhandenen Bauteilen/-materialien (urban mining)
• Nachhaltige Mobilität
• Entwicklung von nachhaltigen Finanzierungskonzepten
• Intensivierung des Dialogs der am Bau beteiligten Akteure
• Innovative Lehrkonzepte durch interdisziplinäre Projektarbeit

Das Projekt ist in verschiedene Arbeitspakete gegliedert und richtet sich im Zeitplan nach den Wettbewerbsvorgaben (Deliverables):

1. Projektmanagement und Controlling
2. Konzeptentwürfe und Vertiefung
3. Detailplanung
4. Ausführungsplanung
5. Bau und Testphase der Demonstration Unit
6. Wettbewerb und Betrieb in Wuppertal
7. Nachnutzung

Solar Decathlon Europe 21/22 ...goes urban!

Das städtische Leben im 21. Jahrhundert steht an einem Wendepunkt. Da immer mehr Menschen in die Städte ziehen, werden die Klimaprobleme immer drängender und die städtischen Probleme müssen angemessen angegangen werden. Die Mission von SDE 21/22 forderte urbane Transformationen, die soziale, wirtschaftliche und ökologische Aspekte berücksichtigten – mit dem Schwerpunkt auf der Revitalisierung von Gebäuden durch Aufstockung, Erweiterung und Lückenschluss. Die Lösungen mussten über die bloße Gestaltung architektonischer Entwürfe hinausgehen, zum Beispiel durch die Entwicklung einer Strategie für die städtische Mobilität. Ziel war es, eine Vision für eine moderne, lebenswerte und umweltfreundliche Stadt der Zukunft zu entwickeln.
Die Energy Endeavour Foundation und die designierte SDE 21/22 Host City Wuppertal arbeiteten auf einen erfolgreichen Solar Decathlon Europe 21/22 hin, bei dem die internationalen Hochschulteams aus 11 Ländern gegeneinander antraten. Die HFT Stuttgart war eine der 3 teilnehmenden Hochschulen in Baden-Württemberg.

Renovierung und Aufstockung
Von den drei vorgegebenen städtebaulichen Situationen wählte das Stuttgarter Team die Aufstockung eines bestehenden Gebäudes um ein oder mehrere Stockwerke, einschließlich der Renovierung des gesamten Gebäudes. Dies ist eine große Chance für neue Gestaltungsideen und die Schaffung von alternativem Wohnraum, wodurch die städtische Dichte nachhaltig erhöht wird. Die Aufstockung wird häufig bei Wohn- und Bürogebäuden vorgenommen. In städtischen Gebieten werden auch Lagerhäuser und alte Fabrikgebäude immer häufiger aufgestockt.

Standort
Der Standort für diese urbane Herausforderung wurde von Wuppertal in die Heimatstadt des Teams Stuttgart verlegt. Da die Innenstadt aufgrund der lokalen Topographie nicht ausreichend durchlüftet ist, ist Stuttgart dringend gefordert, auf die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu reagieren. Darüber hinaus sind der Wohnungsmangel und die damit verbundenen hohen Mieten ein großes Problem für die Stuttgarter Bevölkerung.

Das bestehende Universitätsgebäude "Bau 5" auf dem Innenstadtcampus ist sowohl sanierungsbedürftig als auch die Plattform für eine Aufstockung. Durch die Aufstockung zur Schaffung von studentischem Wohnraum soll der Campus in ein lebendiges Stadtquartier und eine Nachbarschaft umgewandelt werden und im Rahmen eines umfassenden Konzepts neuer und bezahlbarer Wohnraum entstehen.

Bislang war die Nutzung von Gebäude 5 auf Forschung und Lehre beschränkt. Ziel war es, ein Haus voller Innovation, einen Ort des Austauschs und nicht zuletzt einen Ort der sozialen Interaktion zu schaffen.

Derzeit ist die Nutzung von Gebäude 5 auf Lehre und Forschung beschränkt. Im Zuge der Renovierung des bestehenden Gebäudes sollten Möglichkeiten für eine Vielzahl von Nutzungen ergriffen werden. Das Gebäude könnte in Zukunft nicht nur ein Ort der angewandten Wissenschaft sein, sondern auch ein Haus der Innovation, ein Ort des Austausches und nicht zuletzt ein Ort der sozialen Interaktion. Die Aufstockung wird neue Anreize schaffen: Wohnen und Studieren auf dem Campus. Die Vision der langfristigen Nutzung war eine funktionierende Gemeinschaft und das Entstehen eines interkulturellen Dorfes über den Dächern Stuttgarts. Im Dachgeschoss sollten Rentner, Flüchtlinge, Alleinerziehende mit Kindern, Gastprofessoren, Familien und Bedürftige ein Zuhause finden. Durch die soziale Durchmischung erwarteten wir wertvolle soziale Interaktionen und eine wachsende Hausgemeinschaft.

Bei unserer Planung legten wir großen Wert auf die Energieeffizienz. Dazu gehört nicht nur die Energie, die während der Nutzung des Gebäudes verbraucht wird, sondern auch die Energie, die beim Bau und Rückbau verbraucht wird.

Das Energie- und Fassadenkonzept unterstützt die Nachhaltigkeit im Lebenszyklus des Entwurfs. Die Fassadenverkleidung wurde aus recyceltem Holz gefertigt. Darüber hinaus wurden organische PV-Kollektoren (OPV) an der Fassade und auf dem Dach so angebracht, dass sie den größten Nutzen für den Innenraumkomfort bieten. Die hochstehende Sommersonne wird abgeblockt, die tiefstehende Wintersonne kann durchkommen. Im unteren Teil der Fassade wurde ein bodengebundenes Fassadenbegrünungssystem eingesetzt. Zur Unterstützung der natürlichen Belüftung wurde ein Solarkamin verwendet. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe wurde eingesetzt, um der vorgewärmten Luft des Solarkamins Wärme zu entziehen; außerdem wurde das zusätzliche Stockwerk passiv adiabatisch durch ein Wasserspiel gekühlt. Da es sich bei dem bestehenden Gebäude um ein Bürogebäude handelt, gibt es mehrere Serverräume. Hier kann eine flüssige Serverkühlung eingesetzt werden, und das dabei entstehende Warmwasser wird über einen Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung genutzt.

Damit das Konzept nicht nur zukunftssicher und innovativ ist, sondern auch auf dem Markt bestehen kann, wurde eine übertragbare Lösung gesucht. Parametrisierung und Design spielten dabei eine wichtige Rolle.

Das Besondere an dem Entwurf ist, dass der Anbau nicht nur auf dem gewählten Gebäude 5 funktioniert, sondern auch auf ähnliche Bestandsbauten aufgesetzt werden kann. Das Gebäude ist ein typisches Bürogebäude aus den 50er Jahren und in dieser Form häufig in Deutschland zu finden. Damit das Konzept nicht nur zukunftssicher und innovativ ist, sondern auch auf dem Markt bestehen kann, wurde eine übertragbare Lösung gesucht. Um dies zu erreichen, müssen die Module in ihrer Größe flexibel sein. In Anlehnung an das bestehende Gebäude wurde eine architektonische Grundkonstruktion entwickelt. Das sogenannte Raster. Es handelt sich um ein konstruktives Skelett, das in seiner Größe an das bestehende Gebäude und dessen Tragstruktur anpassbar ist. Die Innovation des Entwurfs besteht darin, ein flexibles und anpassungsfähiges System zu entwickeln, das auf minimaler Fläche hochwertigen Wohnraum schafft und in Symbiose mit seiner Umgebung steht.

Im Bereich Architektur wurde ein Grundrisskonzept und Konstruktionssystem entwickelt, welches auf Gebäude mit ähnlichen Bestandsstrukturen wie das untersuchte Bestandsgebäude übertragbar ist. Ein besonderes Augenmerk wurde auf Modularität und ressourcenschonende Bauweisen gelegt. Im Bereich der Gebäudetechnik wurde neben der Bestandsanalyse und einem zugehörigen Sanierungskonzept anhand von umfangreichen Simulationen ein Energiekonzept entwickelt, welches Bestand und Aufstockung in einer Symbiose verbindet. Insbesondere sticht hier das in Zusammenarbeit mit Unternehmenspartnern entwickelte System für eine vorgehängte Energiefassade heraus. Das System besteht aus Stahlrahmen die vor Fassade des Gebäudes angebracht werden. In diese modularen Rahmen wird ein Edelstahlseilnetz eingehängt, welche als Aufnahme für organische Photovoltaikzellen (OPV) unterschiedlicher Größe dienen. Im Bereich der Nachhaltigkeit wurde bei den Baustoffen darauf geachtet, auf nachwachsende und ökologische Rohstoffe zu setzen. Die Aufstockung ist daher in Holzständerbauweise errichtet und als Dämmstoff werden z.B. ein Produkt unseres Projektpartners eingesetzt, welches aus Sägespänen besteht. Die Fassade der HDU wird aus Resthölzern gefertigt und es wird darauf geachtet im Aufbau und der Konstruktion durch die Trennbarkeit von Materialien und der Verzicht auf Verklebungen einen Sortenreinen Rückbau zu ermöglichen. Für das gesamte Gebäude wurde neben einer klassischen Ökobilanzierung (LCA) auch der Urban-Mining-Index (UMI) ermittelt.  

Projektpublikationen

Buch mit allen Wettbewerbsbeiträgen
Die Bergische Universität Wuppertal stellt das Buch auf ihrer Website in deutscher und englischer Version kostenfrei zur Verfügung.

Buch mit allen deutschen Beiträgen
Dieses Buch wird vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zum kostenfreien Download zur Verfügung gestellt.