Hybridgebäude "GemeinsamZukunftLeben" - Julia Wawretschka

Ressourcen-, klima- und kreislaufgerechte Nachverdichtung in Augsburg

Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D

Projektbeschreibung

Bachelorarbeit WS 2022-23 von Julia Wawertschka
Integraler Entwurf mit Schwerpunkt Nachhaltigkeitsbewertung, kreislauf- und klimagerechtem Materialeinsatz und hybride Nutzungen
Betreuung: Prof. Dr. Joachim Müller, Prof. Susanne Runkel
Studiengang: Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D

Aus der Aufgabenstellung:

„Augsburg wächst. Wie viele städtische Großräume verzeichnet auch Augsburg steigende Einwohnerzahlen und steht vor der Frage, wie gleichzeitig der weiteren Zersiedelung in der Peripherie mit entsprechendem Bodenverbrauch entgegengewirkt werden kann. Eine zentrale Option hierbei ist die urbane Nachverdichtung.

Das Gelände der Hutfabrik Lembert ist für eine solche Entwicklung zur Aufwertung des gewachsenen städtischen Gefüges geeignet und wurde prototypisch untersucht. Es wird im Westen durch die Haunstetter Straße begrenzt, im Südosten durch die Inverness Allee und im Norden durch die Frischstraße. Als traditionsreicher Standort umfasst das Gelände heute neben der immer noch tätigen Hut-Manufaktur eine stark heterogene Nutzung. Auf dem an die Haunstetter Straße angrenzenden Teil des Geländes könnte exemplarisch ein neu zu errichtender Nutzungshybrid als wichtiger Stadtbaustein entstehen und zu einem Katalysator für die weitere Entwicklung eines vielfältigen und lebendigen Areals werden.

Das Programm umfasst einen Nachversoregungs-Markt für nachhaltig produzierte Lebensmittel, Werkstätten zur Registrierung, Dokumentation und Bearbeitung von Bauteilen im Sinne der Circular Economy, einen flexibel nutzbaren Veranstaltungsraum für Vorträge und Begegnung, ein Café/ Restaurant als weiterer Ort des Austauschs sowie eine heterogene Mischung verschiedener Wohnformen mit vielfältigen Wohnungsgrößen. Hier soll ein Angebot entstehen für ein breites Spektrum an Nutzer:innen (generationenübergreifend, soziale Mischung) mit hohe Flexibilität. Die privaten Wohnflächen werden dabei minimiert zugunsten gemeinschaftlicher Räume, die Wohnungen sind modular und mit hohem Vorfertigungsgrad konzipiert."

Die Ökobilanzierung mit Ermittlung des Global Warming Potentials, eine kreislaufgerechte Konstruktion mit nachhaltigem Materialeinsatz sowie die Konzeption einer minimierten Gebäudetechnik mit bauphysikalischer Quantifizierung und Optimierung sind integraler Teil des Entwurfsprojekts.

Lageplan mit Gebäude im Kontext des Bestands (Areal Hutfabrik Lembert) und der Verkehrsanbindung mit Haunstetter Straße im Westen und Inverness Allee im Südosten. Westlich angrenzend die ÖPNV Haltestelle Schertlinstraße.

Umgebungsmodell: Das Gebäude im Kontext des Bestands

Grundriss Erdgeschoss mit Außenraumgestaltung

Entwurfsidee: Schichtung, Subtraktion, multifunktionale Erschließung als Erlebnis

Ziel des Entwurfs ist ein möglichst kompakter Kubus, welcher sich durch eine gute Energie- und Ökobilanzierung auszeichnet. Außerdem soll der Fußabdruck des Entwurfs möglichst klein gehalten werden. Daher wird ein Entwurf entwickelt, welcher den bebauten Raum so weit es geht reduziert.
Der Entwurf basiert auf rechteckigen Quadern, welche in horizontalen Schichtungen aufeinander gestapelt werden. Im nächsten Schritt werden kleine, auf das Raster abgestimmt Kuben aus dem Grundelement herausgenommen. Da jedes Geschoss eine individuelle Subtraktion erfährt, entsteht eine stark verspringende, spielende Ausrichtung im Innenbereich. Gleichzeitig bleibt der Kubus zu drei Seiten homogen und ohne Versprünge. Das hat zur Folge, dass der Entwurf als geschlossener Kubus wahrgenommen wird, jedoch im Inneren durch ein stockwerkübergreifendes Konzept und Atrium überzeugt. Die Gebäudeseite zur Haunstetter Straße hin wird vollständig verglast und mit Sonnenschutzlamellen ausgestattet, um den vielfältigen Innenraum auch nach außen hin erlebbar zu machen.
Die Grundrisse schließlich zeigen eine vertikale Schichtung - von der lauten Straße im Westen über die Sonnenschutzebene, die Glaskonstruktion, die Zone der vertikalen Erschließung mit Treppenräumen und Aufzug, einer Verteilerzone und den vielfältigen Nutzungen entlang der Ostseite.

Das Thema des multifunktionalen Erschließung ist zentral für den Entwurf. Es ermöglicht eine vielfältige Promenade durch das Gebäude. Die Podeste verbinden die Treppen oder bilden Aufenthaltsbereiche. Hier kann gemeinsam gearbeitet, gespielt oder entspannt werden, zeitgleich ist man mitten im Geschehen um sich herum.
Befinden sich die Bewohner nicht in der Wohnung, so können sie sich in einem großem Gemeinschaftsbereich aufhalten, welcher vom Erdgeschoss bis zum 3.Obergeschoss durch das offen gestaltetes Atrium führt. Die Nutzungen der einzelnen Etagen ist daher nicht separiert, sondern unterstützt das gemeinsame Miteinander.

Ansicht Süd und Schnitt B-B durch Cafe/Restaurant, Werkstatt und Wohnbereiche

Modell Ansicht West (Haunstetter Straße) mit Blick in die Erschließungszone

Visualisierung Außenraum am Fluss mit Blick auf Ostseite des Gebäudes

Gebäudetechnik

Ein Kernelement der Gebäudetechnik ist die Grundwasser-Wärmepumpe, welche das Grundwasser ansaugt, ihm die Wärme entzieht und anschließend über den sog. Schluckbrunnen wieder zurück geleitet.
An die Wärmepumpe ist ein Pufferspeicher gekoppelt, welcher das warme Wasser speichert und die einzelnen Geschosse damit versorgt. Die Wärmepumpe befüllt den Pufferspeicher. Wenn dieser das Maximum erreicht hat, schaltet sich die Wärmepumpe automatisch ab. Gibt der Pufferspeicher ein Signal, dass dieser kurz vor dem Minimum seiner Leistung steht, so schaltet sich die Wärmepumpe wieder ein und gewinnt warmes Wasser.
Für den Gebäudeteil „Nichtwohngebäude“ gibt es eine Zone, die einen Warmwasseranschluss hat, nämlich die Küche im Nichtwohngebäude. Diese erhält einen eigenen Durchlauferhitzer, der warmes Wasser dann produziert, wenn es benötigt wird. Da im Gebäudeteil „Wohngebäude“ jede Wohnung sowie die Gemeinschaftsbereiche einen Trinkwarmwasseranschluss besitzen, gibt es einen Trinkwarmwasserspeicher für die Wohnungen. Dieser ist zudem auch mit der Wärmepumpe verbunden.
Die Wärmepumpe wird mit Hilfe des eigens produzierten Stroms des Gebäudes sowie mit etwa 54% des Stromertrags des Parkhauses betrieben. In dem Entwurf wird durch Fußbodenheizung Wärme in den Raum transportiert. Durch den Stampflehmboden, welcher einen großen Teil des Fußbodenaufbaus ausmacht, wird der Raum gleichmäßig temperiert. Auch im Sommer hat dies den Vorteil, dass kälteres Wasser durch die Leitungen fließt, wodurch auch der Stampflehmboden Kälte aufnimmt und später wieder an die Umgebung abgibt, wodurch die Räume im Sommer teilweise abgekühlt werden.

Zusammenfassung Energiebilanz Nichtwohnungs- und Wohnungsgebäudeteil

Zusammenfassung Ökobilanzierung mit Global Warming Potential nach Lebenszyklus sowie Konstruktionselementen

Besonderheiten des Materialkonzepts

Ein Großteil der Wände wird mit "WasteBasedBricks" ausgeführt, um die Kreislauffähigkeit zu verbessern und für die Nutzer darzustellen. Sie sind ein Produkt der niederländischen Firma „StoneCycling“, sehen aus wie Klinker, bestehen jedoch aus mindestens 60% Industrieabfall, der alternativ auf Deponien landen würde. Durch das Upcycling werden Energie und Rohstoffe eingespart. Bisher bestehen die WasteBasedBricks aus mindestens 60% Industrieabfall, jedoch ist das Ziel der Firma, diese Klinker aus 100% recycelten Material herzustellen. Bei einem m2 Wand wird 91kg Abfall recycelt und somit 91kg neue, endliche Materialien eingespart. WasteBasedBricks können am Ende ihres Lebens wieder abgebaut und in einem anderen Gebäude verwendet werden.

Weitere Wände werden aus Stampflehm realisiert. Lehm ist eines der natürlichsten Materialien überhaupt. Es wird fertig aus dem Boden entnommen und kann genauso auch wieder zurückgeführt werden. Lehm kann Feuchtigkeit und Wärme in der Luft aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben, was sich positiv auf das Raumklima auswirkt und einen Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz gibt. Zuletzt ist auch die Bearbeitungsweise des Lehms vorteilhaft. Er härtet nicht chemisch aus, sondern trocknet selbst an der Luft. Durch Zugabe von Feuchtigkeit wird er wieder weich und formbar, also auf andere Weise neu einsetzbar.
Stampflehmböden sind extrem hart und strapazierfähig, weshalb im Erdgeschoss auch kein weiterer Bodenbelag vorgesehen ist. Der Boden ist auch für die Werkstatt und das handwerkliche Arbeiten darin problemlos verwendbar und gleichzeitig natürlich und nachhaltig. Stampflehmböden sind bereits seit Jahrhunderten im Einsatz. Früher wurde dieser Boden vor allem in Scheunen und untergeordneten Räumen verwendet. Durch das Stampfen des Lehms verdichtet sich dieser und stellt eine große Speichermasse aufgrund seines Gewichtes dar. Dieser Vorteil wird - wie bei den Wänden - für den Entwurf genutzt, um Speichermasse zu generieren und somit den sommerlichen Wärmeschutz einzuhalten. Der Stampflehmboden kann am Ende seines Lebens wieder entfernt werden und als Lehm an einer anderen Stelle wiederverwendet werden. Durch das Aushärten des Lehms entstehen im Trocknungsprozess Risse, welche mit einer Lehmmischung aufgefüllt werden. Anschließend erhält der getrocknete Stampflehm eine Lehm/Öl-Spachtelung. Die Spachtelung besteht neben Lehm und Kasein zudem auch aus Leinöl und Carnaubawachs.
Lehmbauplatten kommen im Außenwandaufbau zum Einsatz. Sie bestehen aus natürlichen Materialien, unter anderem aus Baulehm und Ton, Hanf sowie Jutegewebe und Schilfrohren und stellen willkommene, einwandfreie, ökologische Alternative zu Gipskartonplatten dar.
Um Kunststoff bei dem Entwurf einzusparen und diesen Werkstoff nur dort zu verwenden, wo er essentiell notwendig ist, wird für die luftdichte Ebene im Innenraum auf eine Drei-Schichtholzplatte gesetzt, anstelle einer Folie. Diese Drei-Schichtholzplatte weist zudem einen geringen Klebeanteil auf als eine OSB-Platte, ist aber genauso einsatzfähig als Luftdichtung wie eine OSB-Platte.
Thermo Hanf Combi Jute Dämmstoffmatten vereinigen verschiedene nachwachsende Rohstoffe. Die eingesetzten Hanffasern stammen aus Deutschland und werden ressourcenschonend angebaut. Zusätzlich werden Jutefasern aus upgecycelten Kakao- und Kaffeesäcken sowie stabilisierende Stützfasern aus recycelten PET-Fasern eingesetzt. Laut Herstellerangaben beträgt das Globale-Erwärmungspotential -25kg CO2-Äq. Außerdem können die Abfälle und Reste in die Produktion rückgeführt werden.
Die Decken werden aus gedübelten Brettstapel vorgesehen. Durch die Dübel kann die Brettstapeldecke am Ende ihres Lebens wieder auseinander gebaut werden und in ihre Einzelteile, die einzelnen Holzträger, zerlegt werden. Durch den Verzicht auf Verklebungen weist die Konstruktion das Maximum an Recyclingfähigkeit und weitere Bindung des gespeicherten CO2 auf. Da das Holz dadurch auch weitgehend unbeschädigt ist, kann dieses in der Industrie zu einem weiteren hochwertigen Holzelement verarbeitet werden.

Das Dach schließlich wird mit einer Begrünung anstelle von Kies ausgestattet. So können heimischen Pflanzen und Tiere, etwa Bienen und andere Insekten, sowie Pflanzen diesen neu gewonnenen Bereich für sich als neues Zuhause nutzen. Durch die Substratschicht und das darin gespeicherten Wassers wird das Dach nicht so stark erhitzt und weniger durch die Hitze und UV-Einwirkungen beansprucht. Ein weiterer Vorteil einer Begrünung auf dem Dach bildet die vereinfachtere Befestigung der PV-Module. Durch die Auflast der Substratschicht müssen die Module nicht an der Dachabdichtung befestigt werden, wodurch es zu weniger Komplikationen bezüglich möglicher Verletzungen der Abdichtung kommt.
Die meist verwendetste Dachabdichtung stellt Bitumen dar. Da es allerdings ökologischere Materialien gibt, welcher auch weitere positive Eigenschaften verkörpern, wird auf das herkömmlichen Bitumen verzichtet und stattdessen auf die Abdichtung aus EPDM gesetzt. Diese Dachabdichtung weißt eine hohe Lebensdauer von mehr als 50 Jahres auf. Außerdem ist sie dauerhaft elastisch, ohne dass Weichmacher darin enthalten sind. Weiterhin widersteht sie hohen und tiefen Temperaturen und weist eine gute Ökobilanz verglichen mit anderen Flachdachabdichtungen auf.

Konstruktion: Detailschnitt/ -ansicht/ grundriss der Fassade

Berichts- und Berechnungsteil

In einem umfangreichen Berichtsheft wurde als Anlage die Themen Bauteilkatalog, Analgentechnik, Tragwerkskonzept, Energiebilanzierung, Ökobilanzierung, sommerlicher Wärmeschutz nach BNK, Tageslichtquotient nach BNK, Barrierefreiheit nach BNK und eine umfangreiche Bewertung des Standortes mithilfe der DGNB Zertifizierungssteckbriefe SITE 1.1, 1.2 und 1.3 nachgewiesen (Mikrostandort, Verkehrsanbindung, Nähe zu nutzungsrelevanten Objekten und Einrichtungen). Diese Inhalte des integralen Entwerfens bilden einen zentralen Teil der Arbeit und wurden iterativ im Entwurf berücksichtigt.

Abgabeleistungen

Lageplan (M 1: 500), Grundrisse, Ansichten, Schnitte (M 1: 100/ 1:200)
Materialkonzept incl. Detaildarstellungen M 1:10 der Fassade. Ein besonderer Fokus liegt auf einem nachhaltigen Materialeinsatz incl. der Demontage- und Recycling-Fähigkeit
Energie- und Ökobilanzierung:
_ Konzeptphase: Drei strategische Varianten mit qualitativer Beschreibung der Konzeption, Konstruktion und Technik sowie Kenndaten (U-Werte, Ökodaten, erneuerbare Energien …)
_ Entwurfsphase Energiebilanzierung: mit Auswertung End- und Primärenergiebedarf Ist und Referenz, Einsatz erneuerbare Energien sowie passive Maßnahmen
_ Entwurfsphase Ökobilanzierung (eLCA): mit Randbedingungen der Zertifizierung DGNB und mit folgender Auswertung (Zahlenwerte und grafisch):
- GWP Global Warming Potential (in kg CO₂äquivalent pro m²NGF) Gesamt sowie differenziert nach Konstruktion und Nutzung
- GWP Global Warming Potential (in kg CO₂äquivalent pro m²NGF) der Konstruktion: Differenziert nach AW, DE+TR, DA, BP, FE, IW und TGA und differenziert nach den jeweiligen Modulen A bis D
Standort iund soziale Nachhaltigkeitskriterien:
Individuelle Bewertung des Standortes gem. SITE 1.1, 1.3 und 1.4, Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes, Nachweis der Tageslichtversorgung, barrierearmer Zugang und Nutzungsmöglichkeiten.
Modelle M 1:500 / 1:100

Die Abgabeleistungen insbes. der Energie- und Ökobilanzierung sind in einem gesonderten umfangreichen Berichtsheft nachgewiesen.

Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Joachim Müller
Architektur und Bauwesen
Telefon:	+49 821 5586-2114
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Ansprechpartnerin Prof. Dipl.-Ing. Susanne Runkel
Architektur und Bauwesen
Telefon:	+49 821 5586-3177
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