Atomenergie oder Erneuerbare?

Nachhaltige Gebäude

Österreichische Beteiligung Die AEE INTEC ist im Auftrag des BMVIT österreichischer Teilnehmer im Annex 50. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden seitens der AEE INTEC Firmen und Betriebe gesucht, welche innovativ und zukunftsweisend sind und Ihr Unternehmen entsprechend in das Projekt einbinden möchten! Am 1. Februar 2008 ist in Graz ein Workshop für interessierte Firmen geplant. Anmeldung und Information: Dr. Karl Höfler, k.hoefler@aee.at, Tel.: 03112 5886 25 Die Teilnahme am Workshop ist kostenlos.

Die Bedeutung der bestehenden Gebäudesubstanz für eine nachhaltige Entwicklung ist unbestritten. Bis ins Jahr 2050 werden in der Schweiz über 90 % des Gebäudeenergiebedarfs durch Bauten verursacht, die vor dem Jahr 2000 erstellt wurden (Hochrechnung gemäß Abbildung 2). Gleichzeitig weisen Altbauten gegenüber modernen Neubauten häufig ein großes Defizit bezüglich Komfort und Zweckmäßigkeit auf. Die langfristige Vermietbarkeit ist unsicher, die Verslumung der Altbauquartiere eine Frage der Zeit. „Pinselrenovationen“ lösen das Problem auf die Dauer nicht, und ständige Teilerneuerungen sind kostspielig und ineffizient.

Lösungsansätze für die bewohnte Baustelle - IEA ANNEX 50

Von Mark Zimmermann, Peter Schwehr und Robert Fischer*

Die nachhaltige Bewirtschaftung der Altbauten erfordert eine umfassende Erneuerung, welche den Zielen eines Passivhauses nahe kommt. Eine Ausnahme kann allenfalls bei historischen, schützenswerten Bauten gemacht werden. Für alle anderen Wohnbauten stellt jedoch jede Erneuerung, welche diese Ziele verfehlt, eine verpasste Chance dar.

Abbildung 2: Gebaute Wohnfläche und Energiekennzahl Wärme der Wohnbauten des Kanton Zürich (Energieplanungsbericht 2002 für den Kanton Zürich, 2000 – 2050 extrapoliert gemäß aktueller Bautätigkeit)

Zielsetzung einer nachhaltigen Bauerneuerung

Mit dem IEA-Projekt „Prefabricated systems for low energy renovation of residential buildings“ (IEA ECBCS Annex 50) wollen 10 europäische Länder die Wohnbauerneuerung nachhaltig angehen. Im Zentrum stehen Mehrfamilienhäuser und Wohnsiedlungen, die einen Erneuerungsbedarf haben. Das Ziel ist eine umfassende Erneuerung der Gebäudehülle und eine Aufwertung des Gebäudes. Dazu sollen auch mögliche Wertvermehrungen durch An- und Umbauten geprüft werden. Die Arbeiten sollen im bewohnten Zustand weitgehend von außen erfolgen.

Abbildung 3: Die Bauerneuerung bietet nebst energetischen Verbesserungen auch Chance zur Aufwertung des Gebäudes (Beispiel renoviertes Mehrfamilienhaus in Therwil bei Basel)

Die wichtigsten Ziele des IEA-Projekts sind:

• Formulieren von ganzheitlichen Sanierungsstrategien für eine energieeffiziente Erneuerung der Gebäudehülle mit vorfabrizierten Dach- und Fassadenmodulen
• Reduktion des Energieverbrauchs auf ein Niveau von 30-50 kWh/m²a für Heizung, Kühlung und Warmwasserbereitung (Passivhaus resp. MINERGIE-P bis MINERGIE)
• Intensive Nutzung der Sonnenenergie
• Verbesserung des Komforts und bessere Ausnutzung des Raumes
• Guter thermischer Komfort, Lärmschutz, gute Luftqualität, bessere Tageslichtnutzung
• Schnelle, hochwertige Renovationsprozesse zu verlässlichen Kosten

Strategie

Das Konzept ist einfach und klar: Falls sich das Gebäude eignet, wird über das bestehende Gebäude eine weitgehend vorfabrizierte neue Fassade und ein neues Dach gelegt. Diese neue Hülle lässt nicht nur viel Spielraum zur architektonischen Gestaltung, sie bietet auch die Möglichkeit für wertvermehrende An- und Aufbauten; und sie bietet Gewähr, dass das Gebäude den höchsten Ansprüchen an Energieeffizienz und Komfort entspricht. Entsprechend sind Rationalisierung des Bauablaufs, thermische Optimierung, Qualitätssicherung und Kostensicherheit entscheidende Merkmale des Konzepts. Weitere wichtige Bestandteile sind integrierte Komfortlüftung und Solartechnik sowie moderne Regeltechnik, welche das Gesamtsystem bedarfsabhängig regelt.

Abbildung 4: Renovationskonzept: links: Die Gebäudehülle wird von außen erneuert, rechts: Ersatz altes Dach (1+2), Montage Lüftungsverteilung von außen (3), Montage Fassadenelemente (4+5), Kellerisolation (6)

In Zusammenarbeit mit europäischen Forschungs- und Industriepartnern wird eine Reihe von aufeinander abgestimmten Sanierungsmodulen für Fassade, Dach und die Gebäudetechnik entwickelt (www.empa-ren.ch/A50.htm). Je nach Hersteller werden es großflächige Bauelemente oder fertige Bauteile sein. Für die Gebäudeerneuerung wird das Gebäude mit 3D-Laser Scanning dreidimensional vermessen. Diese hochwertigen Datensätze dienen dem Planer und dem Hersteller für die maßgenaue Herstellung der Sanierungselemente. Bestehende Dächer werden soweit sinnvoll entfernt (Abbildung 4, Punkt 1) und durch optimierte, neue Dachmodule ersetzt (2), welche sowohl eine optimale Raumnutzung gewährleisten wie auch die Integration neuer Gebäudetechnik (Solarnutzung, Komfortlüftung etc.) ermöglichen. Auf die bestehende Fassade werden die Leitungen für die Komfortlüftung und allfällige andere neue Installationen montiert (3) und anschließend mit den vorgefertigten Fassadenelementen verkleidet (4). Sowohl hinterlüftete Fassaden als auch verputzte Kompaktfassaden sind möglich. Die neuen Fenster sind soweit möglich bereits in die Fassadenelemente integriert. Balkone können als Wohnraumerweiterung umfunktioniert werden (5). Die Kellerdecke wird schließlich konventionell gedämmt (6).

Arbeitsplan: Gebäudetypologie

Die im Projekt entwickelte Gebäudetypologie beschränkt sich nicht wie üblich auf Baukörper und Form, sondern berücksichtigt neben der Struktur, auch die Nutzung und die Prozesse (Planung, Betrieb und Unterhalt) der untersuchten Bauwerke.

Das typologische Analyse-Verfahren gliedert sich im Projekt in vier Schritte:

• Erfassen des Gebäudebestands und der Gebäudestrukturen im Fokusbereich "Wohnbauerneuerung"
• Erfassen der Bedürfnisse der Interessensgruppen Eigentümer, Mieter, Planer
• Darstellen des Systemverhaltens "Wohnbauerneuerung"
• Identifizieren von Gebäudetypen

Die Gebäudetypologie liefert die Grundlagen für das Ableiten von typenspezifischen Sanierungsstrategien und Potenzialabschätzungen.

Erfassen der gebauten Struktur
Mit Hilfe von Statistiken und Analysen ausgewählter Quartiere werden repräsentative drei bis achtgeschoßige Wohnbauten aus dem Gebäudebestand ermittelt und analysiert. Dabei werden rechtliche, technische und bauliche Normen (Rahmenbedingungen) erfasst und ein Analyseraster zur Bestimmung der gebauten Struktur eingesetzt. Die Ergebnisse werden in einem Merkmalkatalog dokumentiert.

Bedürfnisse der Interessensgruppen
Um den erwünschten Mehrwert von Sanierungsmaßnahmen erreichen zu können, müssen die Bedürfnisse der Betroffenen (Eigentümer, Mieter und Planer) bekannt sein. Liegen Kenntnisse darüber vor, können Anforderungen an die baulichen Maßnahmen und an den Planungsprozess abgeleitet werden. Die Akzeptanz der vorgeschlagenen Sanierungsmaßnahme ist entscheidend für eine breite - im Projekt angestrebte - Umsetzung der Maßnahmen am Markt.
Die unterschiedlichen Bedürfnisse der Betroffenen und das Zusammenspiel ihrer Forderungen werden anhand eines Pilotbeispiels evaluiert. Für die Ende der 50er Jahre erstellte Siedlung Elfenau in Luzern werden verschiedene Nutzungs- und Planungsszenarien unter Beteiligung der Betroffenen erstellt (Schwehr, Fischer; 2007).

Darstellen des Systemverhaltens "Wohnbauerneuerung"
Die erfassten gebauten Strukturen werden den Bedürfnissen der Interessensgruppen gegenübergestellt. Die Bereiche Gestaltung, Ökonomie, Ökologie und Funktion bilden Focusbereiche und werden vertieft betrachtet. Dabei werden harte (baulich, technisch) wie weiche Daten (Zufriedenheit, Benutzerverhalten) berücksichtigt und mögliche Zielkonflikte aufgezeigt.

Identifizieren der Gebäudetypen
Aufgrund der oben beschriebenen Vorgehensweise kann eine sanierungsspezifische Gebäudetypologie erstellt werden. In einem Übersichtskatalog werden die Typen nach Struktur und Systemverhalten dokumentiert. Diese Zusammenstellung dient als Basis für die Entwicklung von Sanierungsstrategien mit hohem Umsetzungspotenzial für vorfabrizierte Hüllmodule.

Typenspezifischen Sanierungsstrategien und Potenzialabschätzung
Auf Basis der erstellten Typologie werden nutzungsspezifische und marktbezogene Sanierungsstrategien abgeleitet und das Sanierungspotenzial der Maßnahmen für den jeweiligen Gebäudetyp in unterschiedlichen urbanen Kontexten abgeschätzt. Dabei greifen technische und gestalterische Konzeptionen ineinander. Die Potenzialabschätzung erfolgt durch Marktabklärungen und Auswertungen von Statistiken.

Formulieren von Systemanforderungen
Die Anforderungen an die zu entwickelnden vorfabrizierten Sanierungsmodule werden typen- und nutzungsspezifisch in einem Anforderungskatalog formuliert. Neben gestalterischen und technischen Anforderungen beinhaltet der Katalog auch die Spezifikation der Schnittstellen und Aussagen über den notwendigen Planungsprozess.

Konzept- und Technologieentwicklung

Auf der Basis der Gebäudetypologie und der baurechtlichen Möglichkeiten werden Konzepte für eine modulare Gebäudeerneuerung entwickelt und die Anforderungen an die Module spezifiziert. Sie stellen sicher, dass die energetischen Ziele erreicht und die länderspezifischen Anforderungen berücksichtigt werden. Darauf basierend entwickeln Industriepartner zusammen mit den Forschungsinstituten optimierte Lösungen für Fassaden, Dächer mit Solarintegration, Sanierungskomponenten für die Gebäudetechnik (insbesondere für den Einbau der kontrollierten Lüftung) und für die intelligente, installationsarme Regelung.
Eine besondere Anstrengung wird im Bereich 3-D Scanning von Gebäuden geleistet. Das Verfahren konzentriert sich auf einen optimierten Fluss der gemessenen Gebäudedaten in die Planung, Produktion und Montage. Es wird gemeinsam mit den Planungs- und Industriepartnern entwickelt und auf deren Bedürfnisse zugeschnitten. Dank effizienter, maßgenauer und zuverlässiger Messtechnik wird es Wettbewerbsvorteile für Planung, Vorfabrikation und Montage ermöglichen.

Demonstration und Umsetzung

Es ist vorgesehen, dass im Rahmen des Projekts mit den Industriepartnern erste Beispielerneuerungen realisiert und ausgewertet werden. In jedem beteiligten Land soll mindestens ein Demonstrationsprojekt realisiert werden. Die Auswertung der Demonstrationsprojekte soll nebst den energetischen Messungen auch den Bauablauf, die Kosten und die Zufriedenheit der Bewohner/Investoren dokumentieren.
Das Projekt schließt auch sozio-ökonomischen Untersuchungen mit ein. Sie dienen vor allem dazu. die Marktpotenziale zu klären, investitionsbezogene Hindernisse zu identifizieren und Maßnahmen zur beschleunigten Realisierung nachhaltiger Gebäudeerneuerungen zu definieren.
Ein Hauptergebnis des Projekts stellt der sogenannte „Retrofit Advisor“ dar. Speziell im Bereich Gebäudeerneuerung werden Entscheide häufig wenig rational und wenig fundiert gefällt. Geplant ist deshalb ein einfaches Computertool, mit dem der Investor mögliche Erneuerungsstrategien – von der einfachen Instandhaltung bis hin zum Abbruch und Ersatzneubau – analysieren kann. Für die umfassende Gebäudeerneuerung kann er, ausgehend von seinen Gebäudetyp verschiedene Erneuerungsmöglichkeiten durchspielen. Eine 3-D Visualisierung zeigt, wie sich dadurch das Gebäude verändert, welche Maßnahmen notwendig sind, und mit welchen Kosten er für Investitionen, Betrieb und Energie rechnen muss.

*) Dipl. Arch. ETH Mark Zimmermann, Empa Bautechnologien, Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf, mark.zimmermann@empa.ch
Dr. Peter Schwehr und Dipl. Arch. Robert Fischer, Hochschule für Technik + Architektur Luzern, Kompetenzzentrum Typologie&Planung in Architektur (CCTP), Technikumstrasse 21, CH-6048 Horw, pschwehr@hta.fhz.ch [^]