Die Stiftung Schönau verfolgt das Ziel, bezahlbaren Wohnraum mit hoher Wohnqualität und nachhaltiger, ökologischer Gebäudetechnik zu schaffen. Als größter körperschaftlicher Waldbesitzer Baden-Württembergs hat sie insbesondere den nachwachsenden Baustoff Holz im Blick. Rund 650 Wohnungen sollen in den nächsten zehn Jahren in Holzbauweise entstehen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes entstanden nun auf einem Grundstück in der Albert-Einstein-Straße im Brühl unweit von Mannheim vier Mehrfamilienhäuser mit je acht bis zwölf Wohnungen. Errichtet wurden sie in verschiedenen Bauweisen, die hinsichtlich Nachhaltigkeit, technischer Machbarkeit und Wohnkomfort erprobt und verglichen wurden.
Die unterschiedlichen Konzepte stammen von den Architekturbüros Beyer Weitbrecht Stotz, Hermann Kaufmann, Partner und Partner sowie Roedig Schop. Das Planungsbüro Transsolar unterstützte bei der Konzeption einer nachhaltigen Gebäudetechnik. Zur Planung der Energiekonzepte, der Haustechnik, der Tragwerke sowie für Brandschutz, Raumakustik und Schallschutz wurden weitere Experten herangezogen.
Transparente Wärmedämmung als Hingucker
Ein Haus, das durch optimierte Bauphysik natürlichen Wohnkomfort ohne komplizierte Haustechnik erreicht. So lautete das Ziel des Architekturbüros Partner und Partner, das in Brühl einen experimentellen Ansatz nach dem Zwiebelprinzip realisiert hat. Als Ausgangspunkt für das thermische Konzept diente eine Massivholzkonstruktion mit einer vorgesetzten Glasfassade als transparenter Wärmedämmung. „Eine effiziente Gebäudehülle halten wir für unerlässlich. Sie dient neben der Energieeffizienz auch dem thermischen Komfort“, erklärt Bürogründer Jörg Finkbeiner.
Bei diesem Projekt allerdings wollte er alternative Wege zu einer effizienten Gebäudehülle suchen: „Die Luftschicht zwischen Glashaut und Brettsperrholz kann man als „dynamische“ Dämmung verstehen.“ In den Bereichen mit Glasfassade wurde daher auf einen Dämmstoff verzichtet, sodass die Außenhülle an der Süd-, der Ost- und der Westseite ausschließlich aus massivem Holz plus Profilglas besteht. Lediglich die hinterlüftete Holzfassade im nördlichen Gebäudebereich ist mit einer vier Zentimeter dicken Dämmschicht ausgestattet.
Nutzungsstruktur
Das Gebäude gliedert sich in zwei dreigeschossige, kubische Baukörper mit unterschiedlichen Attikahöhen sowie einen weiteren im Nordwesten mit einem vierten Geschoss. Als einziger Trakt ist dieser auch unterkellert und bietet so Platz für Abstell- und Technikräume sowie für einen Wäscheraum mit Waschmaschinenanschlüssen. In den Ebenen darüber bieten zehn Wohnungen unterschiedlicher Größe – eine Zweizimmerwohnung, eine barrierefreie Dreizimmerwohnung und eine Vierzimmerwohnung pro Etage sowie eine Dreizimmerwohnung im Staffelgeschoss – Platz für eine ausgewogene Bewohnerstruktur.
Eine Dachterrasse auf der Ostseite über den Zweizimmerwohnungen steht allen Bewohnern des Hauses zur Verfügung. Die Erschließung erfolgt über das Treppenhaus und einen Aufzug, der vom Untergeschoss bis ins Dachgeschoss führt. Der erste Rettungsweg verläuft über den an die Außenfassade angrenzenden und mit Fensteröffnungen versehenen Treppenraum, der zweite über Anleiterstellen an den Loggien.
Transparentes Energiekonzept
Die Brettsperrholzwand ist zwischen 18 und 24 Zentimeter dick (Wärmeleitfähigkeit um die 0,13 W/mK), der Abstand zwischen ihr und dem Profilglas beträgt zwischen zehn und 14 Zentimeter. Die Konvektion in der Luftschicht dazwischen wird über sensorgesteuerte Lüftungsklappen geregelt. Die untere, mit Fliegenschutzgittern ausgestattete Öffnung ist permanent offen, die obere ist mit einer Öffnungsklappe verschließbar.
An kalten Tagen bleiben die Klappen geschlossen, sodass die erwärmte Luft als „aktive Wärmedämmung“ wirken kann. Bei Hitze werden die Klappen geöffnet und die heiße Luft zieht nach oben ab. Das funktioniert nicht nur, sondern stellt zudem eine kreislauffähige Bauweise dar: „Diese Heizung nach dem Lowtech-Prinzip – Brettsperrholz, Luft, Profilglas mit Silikonfugen– kann sortenrein und zerstörungsfrei demontiert und in den Stoffkreislauf zurückgeführt werden“, sagt Finkbeiner.
Thermische Simulation
Die thermischen Auswirkungen der Konstruktion wurden mit einer standortspezifischen Gebäudesimulation durch die TGA-Planer von Transsolar überprüft, insbesondere die Peaks interessierten. „Wir wollten wissen, wie wir mit den hohen Temperaturen und dem spezifischen Wärmebedarf umgehen müssen. Das Ergebnis wäre anderswo anders ausgefallen“, erklärt der Architekt. Über den Simulationsprozess wurden die Art des Profilglases, die Dicke der Luftschicht und der Helligkeitsgrad der Fassade eingestellt. Die Ergebnisse bewiesen die Vorzüge der gewählten Lowtech-Lösung.
Dazu wurde das energetische Verhalten des Gebäudes zunächst ohne aktivierte Luftschicht und Profilglashülle berechnet. Danach konnte beispielsweise der Raum im obersten Geschoss im Südwesten mit einem Heizsystem mit einer Leistung von 35 W/m² ganzjährig auf Komforttemperatur gehalten werden, obwohl es sich um den mit seinen drei Außenflächen kritischsten Raum handelt und für die Außenwand neben dem Brettsperrholz keine Dämmung angesetzt worden war. Der Heizwärmebedarf fiel mit 63,5 kWh/m2a zwar höher als der der übrigen Räume, blieb aber innerhalb typischer Werte.
Im Sommer wurde durch Nachtlüftung über die Fenster nur passiv gekühlt, wobei die Grenztemperatur von 27 Grad nur für 66 Stunden überschritten wurde. Diese Grenz-Raumtemperatur gilt für Gebäude in der „sommerheißen“ Region C, der wärmsten der drei Sommerklimaregionen Deutschlands gemäß DIN 4108-2. In dieser Region liegt Brühl. (In der „sommerkühlen“ Region A sind es 25 Grad, in der „gemäßigten“ Region B 26 Grad.) Die Übertemperaturgradstunden pro Jahr, die neben der Anzahl der Stunden, in denen die Grenztemperatur überschritten wird, noch jeweils die Höhe der Überschreitung in Grad Kelvin erfassen, summierten sich zu 84,5 Kh/a. Das Ergebnis blieb damit innerhalb der Anforderungen der Norm.
Anschließend wurde der Raum nochmals mit den gleichen Randbedingungen simuliert, ergänzt allerdings um die Glasfassade inklusive Luftschicht. Das Ergebnis: Durch die solaren Gewinne erhöhen sich die Fassadentemperaturen. In der Heizperiode können die Heizlasten durch die verringerten Wärmeverluste somit um zirka 5 W/m2 reduziert werden, wodurch der spezifische Heizwärmebedarf um 28 Prozent sinkt. Dies beweist die Wirksamkeit der Fassade als Wärmepuffer.
Im Sommer führt die höhere Fassadentemperatur hingegen zu höheren Raumtemperaturen. Die Anzahl der Stunden über 27 Grad erhöht sich um 116 auf insgesamt 182 Stunden. Die Übertemperaturgradstunden steigen um 82,4 auf 166,9 Kh/a an. Diese Werte übertreffen die der Lösung ohne Wärmepuffer, liegen aber immer noch innerhalb der grundsätzlichen Anforderungen. Noch nicht berücksichtigt ist hierbei eine passive sommerliche Kühlung über die an eine Erdwärmepumpe gekoppelte Fußbodenheizung [1].
Umsetzung nach Anpassungen im Detail
Bei der Realisierung des Gebäudes wurden die Ergebnisse der Simulationen einbezogen und diverse Bauteile optimiert. Um beispielsweise eine Überhitzung zu vermeiden, wurde die Außenwand mit einer weißen Lasur gestrichen, wobei die Holzmaserung auf Wunsch der Stiftung sichtbar blieb. Ebenfalls auf Basis der thermischen Simulation erhielt der viergeschossige Baukörper eine hinterlüftete Holzfassade mit Dämmung anstelle der Profilglasfassade.
Die Berechnung hatte gezeigt, dass die notwendige Luftabfuhr nicht gegeben war: Durch die Anordnung der Ab- und Zuluft-Klappen direkt übereinander hätte die heiße Luft aus der unteren Fassade teilweise wieder in die obere Fassade eingesaugt werden können. Ein weiterer Grund war eine Brandschutzanforderung, die ab Gebäudeklasse 4 zur Vermeidung eines Brandüberschlags eine Trennung in der Fassadenebene vorschreibt.
Tragwerk
Für die Brettsperrholz- und Brettstapelelemente wurde ausschließlich Holz aus den Wäldern der Stiftung Schönau genutzt, darunter Käferholz für die Mittellagen. Das Material wurde durchweg kleber- und weitgehend metallfrei verarbeitet. Statt Leim halten bis zu 120 Zentimeter lange, diagonal eingebrachte Buchenholzschrauben jeweils mindestens drei Lagen an Brettern zusammen. Nichttragende Wände beziehungsweise Installationswände wurden in Holzständerbauweise erstellt. Holzoberflächen wurden sowohl außen als auch im Innenbereich in Sichtqualität ausgeführt.
Die Aussteifung des Neubaus erfolgt durch Wand- und Deckenscheiben. Im Treppenhaus bestehen diese aus Stahlbeton, im übrigen Gebäude aus Brettsperrholzwänden und Brettstapeldecken. Die Brettstapeldecken sind am Kern verschraubt und verhindern somit die Horizontalverschiebung. Zur Reduzierung der Schallübertragung wurden die Deckenplatten zudem auf Elastomerlagern verlegt. Die Dachflächen sind teils extensiv begrünt, teils als Dachterrasse mit Holzdielen belegt oder mit PV-Anlagen ausgerüstet.
Energiebilanz
„Bauphysikalisch hätte es ausgereicht, die Süd-, Ost- und Westfassade zu verglasen. Gestalterisch haben wir uns aber dafür entschieden, alle sonnenbeschienenen Fassaden mit Profilglas zu umhüllen“, sagt Finkbeiner. Begründung: „Durch das Profilglas verbessert sich die Energieeffizienz laut Simulation um rund 30 Prozent – und das ohne klassische Dämmung. Wärmedämmtechnisch erfüllt das Gebäude lediglich die Minimalanforderungen, die aktive Fassadenkonstruktion verbessert die Werte jedoch um fast ein Drittel.“
Das heißt: Die Brettsperrholzwand erreicht ohne weitere Dämmung den im Gebäudeenergiegesetz vorgesehenen Mindestwert für den Transmissionswärmeverlust – aber auch nicht mehr, weil die Optimierung durch die Glasfassade im Gesetz nicht berücksichtigt wird. Praxis und Simulations- wie auch Erfahrungswerte beweisen laut den Planenden jedoch, dass die gewählte Lösung ihren Zweck erfüllt.
Gebot der Wirtschaftlichkeit
Im ursprünglichen Konzept waren die Loggien als Wärmespeicher vorgesehen. Mit Glas-Faltschiebeläden, außen mit Holzlamellen versehen, hätten sie in der kalten Jahreszeit als warme, trockene Wintergärten gedient. Aus Kostengründen wurde jedoch auf diese beweglichen Elemente verzichtet, schließlich wollte man bezahlbaren Wohnraum schaffen.
Das Treppenhaus und der Aufzugsschacht wurden zunächst ebenfalls in Holzbauweise geplant, am Ende aber in Stahlbeton ausgeführt. Zunächst aufgrund der geringeren Kosten, aber auch wegen der Brandschutzvorgaben. Grundsätzlich ist die Verwendung von Holz als Tragwerk zwar auch in der Gebäudeklasse 4 möglich, werden die Oberflächen mit nichtbrennbaren Materialien verkleidet. Nach den Landesbauordnungen muss allerdings die Treppenkonstruktion aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen, womit sich ein Widerspruch zwischen den Anforderungen an die Treppe und denjenigen an die tragenden Wände ergibt. So verlangt der Geschosswohnungsbau in Holz von den Planenden immer noch Geduld und Kompromissbereitschaft.
Quellen
[1] Evangelische Stiftung Pflege Schönau: Neubau von Mehrfamilienhäusern in unterschiedlichen Holzkonstruktionen und ganzheitlichem Energiekonzept, S. 83 ff., https://t1p.de/GEB260640
[2] Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe: Verwendbarkeit von Fichtenholz aus borkenkäfergeschädigten Wäldern, https://t1p.de/GEB260641
Bild: Jan Rottler
Bild: Jan Rottler
Bild: Partner und Partner Architekten
Bild: Jan Rottler
Bautafel:
- Projekt: Mehrfamilienhaus mit Profilglasfassade in Brühl
- Bauherrschaft: Stiftung Schönau, 69115 Heidelberg, www.stiftungschoenau.de
- Architekten: Partner und Partner Architektur, 10999 Berlin, www.partnerundpartner.com
- Tragwerksplanung: merz kley partner GmbH, A-6850 Dornbirn, www.mkp-ing.com
- Projektsteuerung/Bauüberwachung: Element A Architekten, 69115 Heidelberg, https://element-a.de
- Bauphysik: CAPE Architekten und Beratende Ingenieure PartGmbB, 74523 Schwäbisch Hall, www.cape-ingenieure.de
- Technische Gebäudeausrüstung: Transsolar Energietechnik GmbH, 70563 Stuttgart, https://transsolar.com/de
- Forschung: gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt
- Holzbau: Rombach Bauholz + Abbund GmbH, www.nur-holz.com/
- Bruttogrundfläche: 1.319 m²
- Bauzeit: 2022 bis 2024
Kalamitätsholz: Aus der Not eine Tugend machen
Die Stiftung Schönau ist ein Immobilienunternehmen der Evangelischen Landeskirche in Baden. An ihre Bauprojekte stellt sie hohe Ansprüche hinsichtlich der Nachhaltigkeit, und zwar in den drei wesentlichen Nachhaltigkeitsdimensionen: der gesellschaftlichen, der ökonomischen und der ökologischen. Entsprechend muss der Wohnraum, den sie bereitstellt, erschwinglich sein. Die Investitions- und die Betriebskosten sollen in einem ausgewogenen Verhältnis stehen. Schon in der Herstellungsphase sollen außerdem die Bauten die Umwelt so wenig wie möglich belasten, zum Beispiel so wenig graue Emissionen wie möglich verursachen, im Betrieb wenig oder keine Emissionen verursachen und auch am Ende ihrer Lebensphase eine minimale Belastung der Umwelt darstellen, also kreislauffähig sein.
Zirka 7.600 Hektar Waldfläche besitzt das Unternehmen in Baden-Württemberg, Wälder, die seit 1999 zertifiziert sind (PEFC, Programme for the Endorsement of Forest Certification Schemes). Die Stiftung gibt an, dass sie nicht mehr Holz entnimmt als nachwachsen kann, und dass sie bevorzugt lokale und regionale Abnehmer bedient. Sie will in Zukunft verstärkt ihr eigenes Holz für ihre Bauprojekte einsetzen. Mit diesem CO₂-Speicher, der auf kurzen Transportwegen zu den Fertigungshallen oder den Baustellen gelangt, kann nachhaltiges Bauen einfach umgesetzt werden. Dagegen ist die Herstellung von Beton und von Stahl nach wie vor äußerst CO₂-intensiv.
Darüber hinaus wurde im dargestellten Projekt sogenanntes Käferholz verwendet. Es handelt sich um Holz, das zwar von Schädlingen wie etwa dem Borkenkäfer befallen wurde, das aber trotzdem überwiegend noch verwendbar ist. Der Grund: Die Käferlarven greifen lediglich das Bastgewebe zwischen Borke und Stamm an, lassen das Kernholz dagegen unberührt. Zwar stirbt der Baum meist ab und kann in der Folge vom Bläuepilz besiedelt werden. Der stellt jedoch lediglich einen ästhetischen Mangel dar. Im Zuge der Sortierung gemäß der DIN 4074-1 wird das Material häufig als tragfähig eingestuft und kommt so für den Holzbau in Frage. In Zeiten eines weiter voranschreitenden Klimawandels muss, bedingt durch intensivere Dürreperioden, mit dem vermehrten Anfall von Käferholz gerechnet werden, aber auch von solchem aus Sturmschäden. Der Oberbegriff lautet Kalamitätsholz. Für die energetische Verwertung ist es zu schade, für das nachhaltige Bauen dagegen prädestiniert [2].
