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Naturmuseum mit Planetarium und Sternwarte - Dinah Lemm
Erweiterung der Umwelt-Bildungs-Meile am Botanischen Garten: Eine Chance für Augsburg
Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D
Projektbeschreibung
Bachelorarbeit Dinah Lemm, WS 2021-22
Integraler Entwurf mit Schwerpunkt nachhaltiger Materialeinsatz, Lebenszyklus, Typologie
Betreuung: Prof. Dr. Joachim Müller, Prof. Susanne Runkel
Studiengang: Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D
Auszeichnung: Die Arbeit wurde im Rahmen der GP Awards 2022 mit dem Adam Keller Preis 2022 ausgezeichnet.
Aus der Aufgabenstellung:
„Umweltbildung gewinnt vor dem Hintergrund der übergeordneten Perspektive eines Wandels zu mehr Nachhaltigkeit und Klimagerechtigkeit zunehmend an Bedeutung. Die Ziele nachhaltiger Entwicklung, etwa gemäß der von der UN verabschiedeten Agenda 2030, erfordern somit u.a., „dass alle Lernenden die notwendigen Kenntnisse und Qualifikationen zur Förderung nachhaltiger Entwicklung erwerben, unter anderem durch Bildung für nachhaltige Entwicklung und nachhaltige Lebensweisen (…)“.
Das Naturmuseum Augsburg kann hierzu einen wichtigen Beitrag leisten. Als ältestes Museum der Stadt hat es eine bewegte Geschichte hinter sich. Seit 1991 befindet sich die Sammlung und ein Planetarium als Teil des Einkaufzentraums „Augusta Arcaden“ in guter innerstädtischer Lage, hat derzeit aber kein ihrer Bedeutung angemessenes Gebäude oder Kontext, welche weitere Möglichkeiten der Umweltbildung eröffnen könnte. Ein große Chance für Augsburg bietet sich mit den Erweiterungsflächen des Botanischen Gartens Augsburg, wo derzeit mit dem „Umweltbildungszentrum Augsburg“ ein erster wichtiger Baustein einer „Umweltbildungsmeile“ entsteht.
Aufgabe ist daher der Entwurf eines Neubaus für das Augsburger Naturmuseum mit Planetarium und einer Sternwarte. Das Programm umfasst zusätzlich einen Veranstaltungsbereich „Forum“, ein Cafe/ Restaurant und pädagogische Bereiche mit Werkstattcharakter. Ein Übernachtungsbereich mit 30 Schlafplätzen bietet Raum z.B. für Schulklassen oder Erwachsenengruppen. Die Synergie aus dem Hybrid unterschiedlicher Nutzungen und dem besonderen Ort soll voll entfaltet werden. Hierzu ist eine besonders hohe Qualität der Innenbereiche, der Blickbeziehungen sowie der Kommunikationsflächen unumgänglich. Ebenso zentral ist auch die Wirkung nach außen, bei der das Gebäude selbst eine exemplarische Vorbildfunktion für zukunftsfähiges Bauen einnimmt.“
Erläuterung des Entwurfs (Dinah Lemm):
Ziele
Nachhaltigkeit und Umweltbildung gewinnen hinsichtlich des Klimawandels immer weiter an Bedeutung. Um einen Fortschritt zu machen, Aufzuklären und mehr Menschen zu sensibilisieren, kann das Naturkundemuseum Augsburg einen wesentlichen Beitrag leisten. Geplant ist bereits ein Umweltbildungszentrum mit angrenzender Umweltbildungsmeile, nun besteht die Idee, mit dem Naturkundemuseum gemeinsam einen Gebäudekomplex zu errichten, der für Nachhaltigkeit und Zukunft steht. Nachhaltige, regionale Materialien und ein vorbildlicher Umgang mit Ressourcen und Rohstoffen haben hierbei den höchsten Stellenwert, sodass das Gebäude selbst nur einen geringen Einfluss auf die Umwelt hat.
Um den Nutzungseinheiten des Gebäudes unterschiedliche Raumqualitäten bieten zu können, setzt sich das Gebäude aus vier ineinander verdrehten Riegeln zusammen. Im durchlaufenden Hauptriegel der Ausstellung sind die Nebenriegel (Schlafen, Büro und Restaurant) gefügt und bilden im Schnittpunkt einen großen Ausstellungsraum. Die unterschiedlichen Riegelhöhen prägen den Raumeindruck und zonieren die Ausstellungsbereiche.
Durch den zurückgesetzten Eingangsbereich entsteht ein zentraler Platz zwischen dem geplanten Gebäude und dem gegenüberliegenden Umweltbildungszentrum. Die Außenflächen können gemeinsam genutzt werden. Das Gebäude öffnet sich mit Außenräumen in Richtung der Umweltbildungsmeile und grenzt sich von den Parkplätzen und der Straße ab.
Materialkonzept und Innenraum
Im Gebäude wird neben der Nutzerfreundlichkeit, Recyclingfähigkeit und Demontage ein besonderes Augenmerk auf die baubiologische und materialeffiziente Ausführung der Bauteile gerichtet. Dies soll sich auch im Innenraum widerspiegeln.
Oberflächen wie Holz und Lehm prägen das Raumbild des Naturkundemuseums. Die verschiedenen Strukturen von Lehm werden in den Stampflehmwänden, dem Stampflehmboden und den Lehmputzen der Innenwände sichtbar. Brettstapelwände bilden hierzu den Kontrast. Durch die Lamellen in der Ausstellung entsteht ein Spiel aus Licht und Schatten im Innenraum, wobei Oberlichter ausreichend blendfreies Licht eindringen lassen.
Das Foyer hebt sich als Zwischenzone der Riegel bewusst von der Hauptriegel-Struktur ab, die seitlichen transluzenten Vorhänge lassen die Nutzungen in den angrenzenden Gebäudeteilen erahnen und können bei Veranstaltungen erlebbar bespielt werden. Große, runde Oberlichter leiten bis hin zum zentralen Planetarium.
Die verwendeten Materialen wurden anhand ihrer Speicherfähigkeit von CO2, Regionalität, Trennbarkeit und Recyclingpotenzial ausgewählt.
Tragstruktur
Das Tragwerk der Hauptriegel bilden 12cm starke, verdübelte Brettstapel-Elemente. Die Verdübelung wird für die Aussteifung des Gebäudes diagonal ausgeführt. Der First liegt auf einem auf Stützen gelagerten Unterzug auf. Zusätzlich wird das Tragwerk mit Zugbändern bzw. aussteifenden Wänden gegen von Horizontallasten ausgesteift.
Um die großen Spannweiten vom 14 Metern im Foyer stützenlos ausführen zu können, werden vorgefertigte Dachelemente aus Kielstegplatten verwendet. Seitlich werden diese linear entlang der Stützen aufgelagert.
Die Kuppel des Planetariums wird aus einem geodätischen Holztragwerk konstruiert. Die 60cm großen Dreieckselemente bieten den Vorteil, die 9m Spannweite stützenfrei und annähernd rund überspannen zu können. Auf beiden Seiten der Kuppel werden Putzträgerplatten aus Lehm befestigt und anschließend mit Lehmputz rund verputzt.
Anlagentechnik
Das Gebäude wird zentral über eine reversible Grundwasserwärmepumpe beheizt. Diese befindet sich im Technikraum im Kellergeschoss und wird von dort über Schächte zu den Heizkreisverteilern geführt. Wärmeübergabe stellt zu einen eine Fußbodenheizung dar, zum anderen die Bauteilaktivierung in den Stampflehmwänden.
Um eine benutzerunabhängige Lüftung zu gewährleisten, wird ein zentrales Lüftungssystem eingeplant. Das Kompaktgerät wird im Kellergeschoss installiert. Die Leitungen werden in den Stampflehmwänden geführt und durch Gitterauslässe in die jeweiligen Räume geleitet (vgl. detailliertes Lüftungskonzept).
PV Module werden auf der nach Süden bzw. Süd-Ost ausgerichteten Dachseiten angeordnet und haben jeweils eine Neigung von 30°.
Passive Maßnahmen
Bauteilaktivierung
Um die Räume zu jeder Jahreszeit vorzutemperieren, befinden sich in den Stampflehmwänden Leitungen, die warmes bzw. kaltes Wasser durch die Bauteile führen. Betrieben wird dies über die reversible Grundwasser-Wärmepumpe. So kann über die große Speichermasse der Lehmwände in der Heizperiode Wärme zugeführt und in den warmen Sommermonaten abtransportiert werden.
Querlüftung/ Nachtauskühlung
Um eine Überhitzung des Gebäudes im Sommer auszuschließen, wird im Ausstellungs-, Eingangs und Cafébereich zusätzlich zur zentralen Lüftungsanlage eine erhöhte Nachtlüftung (>= 2h-1) angenommen. Das Lüftungsprinzip erfolgt über Lüftungsklappen seitlich der Pfosten-Riegel Fassade. In der Ausstellung sowie dem Foyer und Veranstaltung können zusätzlich die Oberlichter geöffnet werden. Dabei wird der thermische Auftrieb genutzt. In den Büro- und Schlafbereichen kann zusätzlich quer über den Flur gelüftet werden.
Öffnung des Gebäudes nach Norden
Um zu hohe Wärmegewinne durch solare Einstrahlung im Sommer zu vermeiden und einen aktiven Kühlbedarf zu vermeiden, öffnet sich das Gebäude in Richtung Nord- Westen. Fensterflächen, die in Richtung Süden zeigen sind durch freistehende, drehbare Lamellen dauerhaft verschattet, lassen trotzdem den Außenraumbezug und eine optimale Tageslichtversorgung der Ausstellungsfläche zu. Zusätzlich wird die Ausstellung über nach Norden geneigte Dachflächenfenster entlang des Firstes natürlich belichtet.
Die nach Süden geneigten Dachflächen sind mit 30° Neigung für die Anordnung PV- Paneelen ausgerichtet. Die Büroflächen sowie die Pädagogischen Räume mit dauerhalft hohen internen Wärmegewinnen sind im Nord-Osten des Gebäudes angeordnet.
Energetische Bilanzierung
Zusammenfassung:
Endenergiebedarf (QE): 21,8 kWh/(m2a)
Primärenergiebedarf (Qp): 39,3 kWh/(m2a)
QPRef (nach GEG): 129,97 kWh/(m2a)
Maß der Unterschreitung: 69,75 %
QPRef (nach BEG): 173,3 kWh/(m2a)
Maß der Unterschreitung: 77,32 %
Erreichter Standard: KfW 40 EE
Ökobilanzierung
gem. Umweltwirkungen (Global Warming Potential GWP):
Die Werte wurden mit den Randbedingungen der DGNB Zertifizierung bestimmt, zur Ermittlung wurde das vereinfachte Rechenverfahren angewendet. Die Nutzung von Energie im Betrieb wurde gemäß GEG 2020 ermittelt und in die Berechnung mit einbezogen.
Bauteilberechnungen der Kostengruppen KG 300 und KG 400 wie AW, DA, DE, BP, Fundamente, IW, Türen, Wärme- und Kälteerzeugungsanlagen, Lufttechnische Anlagen, PV und andere gebäudetechnische Anlagen wurden hierbei berücksichtigt.
Rohre, Kanäle und Leitungen wurden durch den pauschalen Aufschlag von 20% auf die Ergebnisse der Herstellungsphase, Instandhaltung, Austausch sowie Lebensende berücksichtigt. Waren Baustoffe der Bauteileingaben nicht in der Datenbank vorhanden, wurden ähnliche Baustoffe nach dem Worst-Case Prinzip gewählt.
Darstellung inklusive pauschalen Aufschlag (20%) für die Leitungsführung (vereinfachtes Verfahren)
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.
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