Von der Strategie bis zur Nutzung

Einfacher bauen

Das Forschungsprojekt „Einfach Bauen“ der TU München in Bad Aibling hat in den vergangenen Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten, zuletzt durch den DGNB-Preis „Nachhaltiges Bauen“ 2021. In ihrem Beitrag fasst Anne Niemann als Mitglied der Forschungsgruppe die Strategie und die bisherigen Ergebnisse des Projekts zusammen und verweist auf die Bedeutung des Faktors Mensch sowie guter Kommunikation für das Funktionieren des Ansatzes.

Seit Jahren steigt der Anspruch an unsere Häuser: Der Wunsch nach gleichmäßig und angenehm temperierten, ruhigen Innenräumen geht einher mit hohen Anforderungen an Standsicherheit, Feuchte- und Brandschutz. So berechtigt diese Ansprüche sind, so deutlich sind die Folgen für die am Bau Beteiligten. Die steigende Komplexität im Bauwesen hat oft Fehleranfälligkeit bei Planung und Ausführung zur Folge. Die zahlreichen Vorschriften und technischen Regelungen überfordern oftmals die Planenden und Bauherren. In der Konstruktion soll eine Vielzahl getrennter Bauteilschichten die funktionalen Anforderungen lösen. Den daraus resultierenden Planungsschwierigkeiten gerade an Knotenpunkten begegnet die Industrie mit einem Angebot an hochleistungsfähigen, meist materialgemischten Sonderbauteilen. Diese vermeintlich einfachen Lösungen stehen jedoch im Widerspruch zu dem Wunsch, den Ressourcenaufwand zu minimieren und rückbaubar und recyclingfähig zu bauen.

Neben der Optimierung von Bauteilen wird vor allem durch den vermehrten Einsatz von technischen Anlagen versucht, die hohen Ziele zu erreichen. In der Folge ist der Anteil für technische Anlagen an den Baukosten in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Eine Analyse der Preisentwicklung zeigt, dass zwischen dem Jahr 2000 und 2014 eine Preissteigerung von 45,9 Prozent stattgefunden hat.(1) Allerdings ist fraglich, ob technische Systeme wie beispielsweise eine Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung den Energieverbrauch des Gebäudes und die damit einhergehen Kosten und negativen Umweltauswirkungen tatsächlich reduzieren. Eine Untersuchung in der Schweiz kam zu einem anderen Ergebnis: In der Wohnsiedlung Klee in Zürich-Affoltern wurden in einer Langzeitmessung die Daten der Lüftungssysteme aufgezeichnet.(2) Die materialintensive zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung wurde über den gesamten Lebenszyklus verglichen mit dem einfachen Konzept der Fensterlüftung mit Badabluft. Es stellte sich heraus: Der Mehraufwand bei Technik, Betriebsenergie, Unterhalt und Wartung übersteigt die erzielte Einsparung der Heizenergie bei Weitem. Es zeigte sich sogar, dass die zentrale Lüftungsanlage gegenüber der Fensterlüftung mit Badabluft einen dreifach negativeren Einfluss auf die Erderwärmung (Treibhausgaspotenzial) produziert.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, welche baulichen Maßnahmen tatsächlich zur Energieeinsparung beitragen. Wie kann die Entwicklung hin zu einfacheren, robusteren und dauerhafteren Gebäudekonzepten funktionieren? Und welche Rolle spielen eigentlich die Nutzenden der Gebäude – die Menschen – bei der Sache?

Das Forschungsprojekt

Die drei verwendeten Außenwandmaterialien: Massivholz und Ziegel – jeweils mit Luftkammern – sowie Infraleichtbeton, Foto: Sebastian Schels

Seit 2017 untersucht im Forschungszentrum „Einfach Bauen“ der Technischen Universität München ein interdisziplinäres Team unter der Leitung von Florian Nagler, wie man die Komplexität im Bauen reduzieren kann. Der Anspruch lautet, Strategien für einfach gebaute Gebäude zu entwickeln, die gedämmten Konstruktionen und sogar Niedrigenergiehäusern sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich überlegen sind. Gefördert wird das mehrstufige Forschungsvorhaben durch das Programm „Zukunft Bau“ des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR).(3)

Phase Eins: Grundlagenforschung

Ziel im ersten Schritt war es festzustellen, welche baulichen Maßnahmen einen entscheidenden Einfluss auf das Innenraumklima haben.(4) Wie kann die Architektur so optimiert werden, dass es auch ohne den Einsatz von viel Technik im Winter angenehm warm und im Sommer nicht zu heiß wird?

Ausgehend von einem 18 Quadratme­ter großen Basis-Raummodell wurden in einer Computersimulation Parameter wie Geometrie, Fenstergröße, Glasart und Außenwanddicke verändert. Die Raumhö­he reichte von 2,40 Meter, wie von der Musterbauordnung vorgeschrieben, bis hin zu komfortablen 3,40 Meter. Auch der minimale Fensterflächenanteil wurde mit einem Achtel der Nettogrundfläche des Raumes durch die Musterbauordnung vorgegeben. Die Brüstungs- und Sturzhöhe, die ein Fensterband aufspannen, bestimmten die maximal mögliche Fensterfläche. Als Glas­varianten standen Sonnen- und Wärmeschutzglas jeweils mit Zwei- oder Drei-Scheibenverglasung zur Auswahl. Die monolithisch ausgeführten Außenwände bestanden wahlweise aus Leichtbeton, hochwärmedämmendem Mauerwerk oder Massivholz. Die Kombination von 81 verschiedenen Geometrien, vier Himmelsrichtungen, drei Bauweisen und drei Glasarten ergab knapp 3000 Varianten. In der Auswertung zeigte sich, dass Raumvarianten mit reduziertem Hüllflächenanteil, thermischen Speichermassen, großen Raumhöhen und optimierten Fensterflächen sich als optimal bezüglich geringem Heizwärmebedarf und reduzierter Überhitzung im Sommer erwiesen. Das entspricht in vielen Aspekten den sogenannten Altbauten, also Gebäuden aus der Gründerzeit, die wegen ihrer flexibel nutzbaren und langlebigen Strukturen auch heute noch beliebt sind und ein akzeptables Raumklima auch ohne haustechnische Systeme herstellen können.

Der relativ neue Baustoff Leichtbeton sorgte für größeren Aufwand, Foto: Sebastian Schels

Diese rein auf die baulichen Faktoren ausgerichtete Untersuchung lieferte klare Ergebnisse. Doch was passiert, wenn sich die bislang konstant gehaltenen Randbedingungen, wie beispielsweise das Wetter oder das Nutzungsverhalten, ändern? In Zeiten von Klimawandel und dem Arbeiten im Homeoffice sind das keine Zukunftsszenarien mehr. Bisherige Planungsprozesse haben zum Ziel, für die jeweilige Aufgabe das Optimum zu finden. So erreicht beispielsweise ein Niedrighaus bestmögliche Werte in Bezug auf den Heizwärmebedarf. Dabei bleibt oft unberücksichtigt, dass sich die als ideal angenommenen Umgebungsparameter in der Realität dramatisch ändern können. Damit ein System als robust definiert werden kann, muss es unter Idealbedingungen nicht unbedingt das bestmögliche Ergebnis erreichen, dafür aber unsensibel auf sich verändernde Eingangsgrößen reagieren.

In der Robustheitsuntersuchung hat sich gezeigt, dass das Lüftungsverhalten der Nutzenden den größten Einfluss auf den Heizwärmebedarf im Negativen wie im Positiven hat. Im Sommer bestimmen das Wetter und die internen Gewinne vorrangig die Überhitzung. Insgesamt zeigen sich die einfachen Bauweisen robuster gegenüber einer Einflussnahme durch die Nutzenden als die parallel untersuchten Raummodelle mit Standard- und Niedrigenergiekonzept. Die Kosten verhalten sich analog dazu. Die anfangs aufgestellte Hypothese hat sich damit bestätigt.

Phase Zwei: Die Anwendung

Die erforschten Grundprinzipien des einfachen Bauens wurden in einem Leitfaden (5) zusammengefasst und kamen beim Bau von drei Forschungshäusern durch Florian Nagler Architekten in Bad Aibling zur Anwendung. Einfach Bauen bedeutet, ein Gebäude bereits in den ersten Planungsschritten durch eine Vielzahl von Entscheidungen robust und langlebig zu gestalten: einschichtige Wand- und Deckenkonstruktionen, klimatisch träge Bauteile durch Speichermasse, angemessene Fensterflächen (kein Sonnenschutz) mit Nutzerlüftung, wenig Aufwand für den Betrieb durch geringe Komplexität des Gebäudes, handwerkliche Fügung der Bauteile, Verzicht auf Hilfsstoffe und materialfremde Sonderbauteile sowie konsequente Trennung von Gebäude und Techniksystemen.

Die unterschiedlichen Fensterformen sind abgeleitet vom Außenwandmaterial, Foto: Sebastian Schels

Entstanden sind drei material- und klimagerecht konstruierte dreigeschossige Wohngebäude in den Bauweisen Massivholz, Leichtbeton und wärmedämmendes Mauerwerk. Um Stürze und damit Materialwechsel und aufwendige Details zu vermeiden, leiten sich die Fensterformen von den Eigenschaften des Außenwandmaterials ab. Durch die Optimierung von Raumgeometrie, Fensterfläche und Speichermasse konnte das Haustechniksystem sehr einfach gehalten werden: Die Wärmeerzeugung erfolgt über ein vor Ort vorhandenes Biogas-Blockheizkraftwerk mit einer Wärmeübergabe an den Raum über Heizkörper. Fensterfalzlüfter sorgen in Kombination mit Ablüftern in den Badbereichen für eine kontrollierte Grundlüftung zum Feuchteschutz. Fensterlüftung je nach Laune des Nutzers bleibt jederzeit möglich. Die Häuser funktionieren ohne einen außenliegenden, variablen Sonnenschutz.

Erfahrungen in der Umsetzung von „Einfach Bauen“

„Ich verstehe da ein ehrliches Bauen da­runter – man darf ruhig sehen, wie etwas entstanden ist.“ (Fensterbauer)

Planung und Bauprozess wurden vom For­schungsteam intensiv begleitet und dokumentiert.(6) In Interviews haben die am Planungs- und Bauprozess Beteiligten von ihren Erfahrungen berichtet. Alle Befragten interpretierten den Begriff „Einfach Bauen“ ähnlich wie das Forschungsteam, im Sinne der Reduktion der Materialien, der Steigerung der Effizienz und Flexibilität sowie der ressourcenschonenden Bauweise. Der erste Schritt, die Kommunikation des Konzepts „Einfach Bauen“, war damit erfolgreich.

Die Heizkörper in den Wohnungen werden von einem Biogas-Blockheizkraftwerk vor Ort versorgt, Foto: Markus Lanz / Sebastian Schels

Die konkrete Umsetzung auf der Baustelle rief gemischte Reaktionen hervor: Die einfachen Details und die überschaubare Anzahl an Gewerken sorgten für einen störungsfreieren Ablauf. Die einfache Bauweise mit nur wenigen Decken- und Wanddurchbrüchen reduzierte die Nacharbeiten erheblich. Die monolithischen Bauweisen wurden mehrheitlich positiv bewertet. Als Grund wurde beispielsweise das Entfallen weiterer Arbeitsschritte wie das Anbringen von Dämmung genannt. Einige Abläufe, gerade in der Bearbeitung des relativ neuen Materials Leichtbeton, müssen allerdings noch verbessert werden. Vor allem die Herstellung der Öffnungen schien aufwendig und fehleranfällig zu sein. Der Bauherr kritisierte die im Vergleich zu herkömmlichen Bauweisen hohen Kosten dafür. Im Holzhaus sorgen Betondecken für die notwendige Speichermasse. Das führte sowohl zu Schwierigkeiten im Bauablauf als auch zur Verunreinigung der Holzwände durch den Ortbeton. Die für Neubauten ungewöhnlich große Raumhöhe von 3,10 Meter trägt zum ausgeglichenen Raumklima bei. Für die vorgefertigten Elemente des Holzbaus war bei dieser Bauteilhöhe allerdings ein Spezialtransport nötig.

Die Architektur der Häuser mit ihrer schlichten, materialgerechten Ästhetik, den gut nutzbaren Grundrissen und den überdurchschnittlich großen Raumhöhen stieß auf große Zustimmung. Durch die unterschiedliche Ästhetik der in drei Materialien gebauten Häuser konnten sich alle Interviewten mit zumindest einem der Gebäude anfreunden.

Insgesamt wurden während des Bauprozesses wertvolle Erfahrungen gesammelt, die in die weitere Anwendung einfließen sollten. Wichtig scheint die frühzeitige Kommunikation der Strategie an alle am Planungs- und Bauprozess Beteiligten zu sein, um Missverständnisse und Unsicherheiten zu vermeiden und Bedenken auszuräumen. Das Konzept stößt anscheinend auf großes Interesse, sowohl bei Planenden als auch Bauherren sowie Handwerkerinnen und Handwerkern.

Phase Drei: Überprüfung der Strategie

Das Konzept „Einfach Bauen“ hat sich unter „Laborbedingungen“ als erfolgreich herausgestellt. Doch wie gut funktioniert es im Praxistest? Schaffen die einfach gebauten Forschungshäuser das ganze Jahr über eine thermisch komfortable Aufenthaltsqualität und ist die dafür benötigte Energie verhältnismäßig? Um diese Fragen zu beantworten, erfasst das Forschungsteam im Zeitraum von 2021 bis Anfang 2023 eine Reihe von Daten.(7) Um das bauklimatische Verhalten der drei Bauweisen bewerten und vergleichen zu können, wird der thermische Komfort in den Innenräumen gemessen. In den Wohnungen im zweiten Obergeschoss angebrachte Sensoren zeichnen die Komfortparameter Lufttemperatur, Luftfeuchte, Strahlungstemperatur, CO2-Gehalt und Beleuchtungsstärke auf. Die Verbrauchsmessung untersucht die jeweiligen Verbräuche an Energie beziehungsweise Energieträgern. Mit der Erfassung und Auswertung der Daten lässt sich überprüfen, ob der zuvor berechnete Energiebedarf in der Praxis erreicht wird. Eine Wetterstation auf dem Dach des Betonhauses liefert zuverlässig Echtzeitdaten zu Temperatur, Feuchte und Wind. Und nicht zuletzt interessiert uns der Mensch: Fühlen sich die Bewohnerinnen und Bewohner der Häuser wohl, entspricht ihr subjektives Komfortempfinden den gemessenen Werten? Wie sehr nehmen sie durch Heizen und Lüften Einfluss auf den Wärmeverbrauch? Welche Rückschlüsse lassen sich vom Nutzungsverhalten auf die gemessenen Daten ziehen?

Fazit

Sensoren messen den thermischen Komfort im zweiten Obergeschoss, Foto: Markus Lanz / Sebastian Schels

Viele Gebäude bleiben lange erhalten, auch wenn dies selten bei der Planung bedacht wird. Um sie langfristig nutzen zu können, sollten Veränderungen möglich und daher bereits im Planungsprozess angedacht sein. Flexible Grundrissstrukturen ermöglichen Wechsel in der Nutzung. Alterungsfähige Oberflächen garantieren die Langlebigkeit der Gebäude. Durch die Trennung von Haustechnik und Baukonstruktion können veraltete Techniksysteme leichter ersetzt werden. Technische Systeme sollten verständlich und auch bei einem abweichenden Verhalten der Nutzenden noch ausreichend robust sein, um die angestrebten Ergebnisse zu erzielen. Auch handwerklich begabte Nutzende können so selber Schäden reparieren und Bauteile austauschen – einfach mal bauen!

Dipl.-Ing. Anne Niemann (*1976) studierte Architektur in München und Madrid. Sie machte sich nach dem Gewinn eines internationalen Wettbewerbs zusammen mit Johannes Ingrisch selbständig. 2006 verbrachte sie mit dem Stipendium der Deutschen Akademie Villa Massimo drei Monate in der Casa Baldi bei Rom. 2008 bis 2014 war sie Partnerin bei m8Architekten mit Schwerpunkt Wohnungsbau. Parallel dazu war sie als Korrekturassistentin am Lehrstuhl für Entwerfen und Holzbau bei Hermann Kaufmann tätig. Von 2014 bis 2019 war sie dort wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschung, seit 2017 zusätzlich am Lehrstuhl für Entwerfen und Konstruieren. Forschungsschwerpunkte sind Einfach Bauen, Bauen mit Laubholz, Frauen in der Architektur.

Fußnoten

1 Vgl. InWIS Forschung & Beratung GmbH: Analyse der Verursacher von Investitions- und Betriebskosten im Wohnungsbau, Bochum 2015.

2 Vgl. Kevin Knecht / Diego Sigrist (Sustainable Solutions GmbH im Auftrag der Baugenossenschaft Hagenbrünneli): Vergleich der beiden Lüftungskonzepte der Siedlung Klee bezüglich Ökologie und Ökonomie, Zürich 2019.

3 Siehe www.zukunftbau.de.

4 Vgl. Florian Nagler et. al.: Einfach Bauen, Abschlussbericht, TU München 2018.

5 Florian Nagler (Hrsg.): Einfach Bauen. Ein Leitfaden, Basel 2021.

6 Tilmann Jarmer / Anne Niemann et. al.: Einfach Bauen 2, Abschlussbericht, TU München 2021.

7 Aktuelle Informationen dazu sind verfügbar unter www.einfach-bauen.net

 

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