Einfach Bauen II
Erkenntnisse
Florian Nagler (Hg.)
Anne Niemann (Hg.)
Tilmann Jarmer
Laura Franke
Birkhäuser Basel
Herausgeber:innen
Prof. Florian Nagler, Prof. Anne Niemann
Lehrstuhl für Entwerfen und Konstruieren
TUM School of Engineering and Design
Technische Universität München
Konzept / Autor:innen
Prof. Anne Niemann, Dr.-Ing. Architekt Tilmann Jarmer, Laura Franke, M.Sc. Umweltingenieurin (TUM)
Fotografien: Markus Lanz, Sebastian Schels / The Pk. Odessa Co Abbildungen: Florian Nagler Architekten und B&O Gruppe; Florian Nagler Architekten und TUM
Tabellen: Florian Nagler Architekten und B&O Gruppe
Lektorat: Julia Blankenstein
Projektkoordination: Baharak Tajbakhsh, Regina Herr
Layout und Covergestaltung: Floyd E. Schulz
Gestaltung Grafiken und Diagramme: Dörte Nielandt
Satz und Herstellung: Amelie Solbrig
Druck: Gutenberg Beuys Feindruckerei GmbH
Lithografie: prints professional
Papier: Agrippina Offset, 120 g/m²
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ISBN 978-3-0356-2743-5
e-ISBN (PDF) 978-3-0356-2752-7
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Gefördert von
Haus Mauerwerk, Ansicht West
Als wir 2016 mit einem multidisziplinären Team an der TU München zu forschen begannen, war unser Ziel eine flexible Nutzungsstruktur in monolithischer Bauweise, die die Komplexität des Bauens auf mehreren Ebenen reduziert. Schon der Titel des Projekts klang kompliziert: „Integrale Strategien für energieeffizientes, einfaches Bauen mit Holz, Leichtbeton und hochwärmedämmendem Mauerwerk – Untersuchung der Wechselwirkungen von Raum, Konstruktion und Gebäudetechnik unter Berücksichtigung des Nutzerverhaltens“. Wir näherten uns dem Thema mit einer umfangreichen Literaturrecherche zu einfachen und monolithischen Bauweisen. Im Rahmen einer Exkursion besuchten wir beispielhafte Projekte wie das 2226 von Baumschlager Eberle Architekten und konnten uns vor Ort vom guten Raumklima trotz fehlender Haustechnik überzeugen.
Gute Architektur ist ein Zusammenspiel vieler Faktoren, die wie kleine Zahnräder ineinander greifen, sich gegenseitig beeinflussen oder ergänzen. Das gilt auch für robuste Gebäude, die ohne viel Haustechnik eine gute Wohnqualität bieten. In Parameterstudien haben wir diese komplexen Systeme in ihre Einzelteile zerlegt, um sie messbar und vergleichbar zu machen. Grundlage der Untersuchungen war ein einzelner Raum – der so genannte Base Case – mit einer Grundfläche von 18 Quadratmeter. Wir wollten herausfinden, welche der untersuchten Parameter wie Raumgeometrie, Wanddicke oder Fenstergröße den größten Einfluss auf die Energiebilanz und das Raumklima haben und welche Kombinationen optimierter Parameter daher zu einer möglichst erfolgreichen Raumkonfiguration führen. Auch der Einfluss von Wetter und Nutzerverhalten wurde untersucht, um robuste Lösungen zu schaffen, die unabhängig von der Nutzung zuverlässig gute Verbrauchswerte liefern.
Die erfolgreichen Raumkonfigurationen wurden auf Gebäudeebene hochskaliert und die Umweltauswirkungen und Kosten berechnet. Um mehr darüber zu lernen, wie man einfach bauen kann, haben Expert:innen aus den Bereichen Architektur, Bau- und Umweltingenieurwesen, Beton- und Holztechnik zusammengearbeitet und mehr als 3.000 Raumvarianten berechnet und ausgewertet. Ein hochkomplexer Prozess war also nötig, um das Einfache begreifbar zu machen.
Das Buch „Einfach Bauen. Ein Leitfaden“ entstand aus dem Versuch, die Forschungsergebnisse in allgemeingültige Prinzipien zu übersetzen und damit Planer:innen eine Hilfe an die Hand zu geben, wie robuste und langlebige Gebäude funktionieren – Häuser, die einfach zu bauen und einfach zu nutzen sind.
Die direkte Umsetzung abstrakter Forschung – der Bau der drei Forschungshäuser durch Florian Nagler Architekten – ist ein seltener Glücksfall. Anhand dieser Reallabore konnten wir über zwei Jahre evaluieren, ob die Strategie des einfachen Bauens erfolgreich ist. Auch hier hat erst die interdisziplinäre Herangehensweise – Kosten- und Umweltwirkungsberechnungen, Verbrauchs- und Komfortmessungen im Abgleich mit Nutzerbefragungen – zu umfassenden Erkenntnissen geführt.
Diese „Forschung zum Anfassen“ macht das Konzept auch für die vielen Besucher:innen greifbar, die seit der Fertigstellung der drei Häuser nach Bad Aibling pilgern. Einfach Bauen ist inzwischen fester Bestandteil der Lehre an der TU München und der TH Rosenheim. Angesichts von Klimakrise und Wohnungsnot ist es unabdingbar, den Planer:innen von morgen Alternativen zum herkömmlichen Baustandard aufzuzeigen.
In zahlreichen Vorträgen und Fortbildungen geben wir unser Wissen weiter. Auch im politischen Diskurs um bezahlbaren Wohnraum hat sich der Begriff „Einfach Bauen“ etabliert.
So erfolgreich das Forschungsprojekt war, so sehr möchten wir warnen: Bauen ist nie einfach. Auch die einfachsten Lösungen basieren auf viel Wissen und erfordern ein hohes Maß an Können und Präzision. Die Welt wird immer komplexer, die Anforderungen an Menschen und Gebäude steigen, der Wunsch nach einfachen Lösungen ist verständlich. Dennoch braucht jedes Bauvorhaben eine individuelle Planung mit Maß und Mitte.
Die beiden Bücher Einfach Bauen I und II sind als Anregung zu verstehen, deutsche Komfortansprüche zu hinterfragen und sich mit den Themen Suffizienz und Robustheit auseinanderzusetzen. Im besten Fall entstehen daraus weitere einfache Gebäude: ressourcenschonend, robust und einfach schön.
Anne Niemann, Juni 2024
Einfach Bauen
Einfach Bauen bedeutet …
die Komplexität im Hochbau zu reduzieren. Bereits im Entwurf werden die Mittel der Architektur genutzt, um ein Gebäude zu schaffen, das aus sich heraus wenig Heizenergie benötigt und im Sommer nicht überhitzt. Dadurch kann die notwendige Gebäudetechnik auf wenige robuste Systeme reduziert werden.
nach Möglichkeit einschichtige Bauteile aus nachwachsenden oder mineralischen Rohstoffen zu verwenden und unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften robuste und langlebige Konstruktionen zu entwerfen.
die technischen Systeme sowie die Arbeitsschritte der verschiedenen Gewerke des Bauhandwerks möglichst sauber voneinander zu trennen. Das vereinfacht den Bauprozess enorm und auch spätere Änderungen lassen sich mit einem Minimum an Zerstörung realisieren.
die Umwelt während des gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zu schonen. Das Ergebnis sollen Gebäude sein, die einfach zu bauen und einfach zu nutzen sind.
Einfach Bauen
Die drei Forschungshäuser in Bad Aibling
Hintergrund
Die Standards im Wohnungsbau steigen stetig. Um die Klimaziele zu erreichen, werden energieeffiziente Neubauten mit einer gut gedämmten, dichten Gebäudehülle und Lüftungsanlagen konzipiert. Im Betrieb werden die errechneten Werte aber oftmals nicht erzielt. Neben dem Ausfall von technischen Systemen liegt dies vor allem an einem von der Planung abweichenden Verhalten der Bewohner [1]. In der Praxis kann es zu einem Reboundeffekt kommen, wenn die durch effizientere Technik eingesparte Energie durch die Nutzenden wieder verbraucht wird, beispielsweise durch hohe Raumtemperaturen [2]. Hohe Anforderungen an den Wärme- und Schallschutz sollen die Nutzerzufriedenheit weiter erhöhen. Da auch die Ansprüche immer weiter steigen, stagniert die Zufriedenheit oder sinkt sogar [3]. Mehrere Akteure fordern daher ein Absenken der Standards im Wohnungsbau [4]. In den letzten Jahrzehnten wurde nach der Optimierung des Komforts gesucht. Doch sollten wir nicht eher die Mindestanforderungen an den Wohnkomfort definieren? Der Architekt Florian Nagler fand in einem Interview mit dem deutschen Architektenblatt über die Reduktion unserer Ansprüche an Gebäude sehr deutliche Worte:
„(…) man muss in einem Haus mit angemessenem Komfort leben können. Wir sollten aber über die Wege nachdenken, wie wir das erreichen. Unsere mitteleuropäischen Ansprüche sind allgemein einfach zu hoch. 90 Prozent der Weltbevölkerung müssen mit ganz anderen Dingen klarkommen. Aber andere orientieren sich an dem, was wir tun. Wenn wir die Ansprüche immer weiter nach oben schrauben, wollen uns verständlicherweise viele folgen. Aber das wird diese Welt nicht aushalten [5].“
Forschungsprojekt Einfach Bauen
In dem von der Forschungsinitiative Zukunft Bau [6] geförderten Forschungsprojekt „Einfach Bauen“ unter der Leitung von Prof. Florian Nagler wurde der Frage nachgegangen, wie die Architektur mit baulichen Mitteln so optimiert werden kann, dass es möglichst wenig Technik bedarf, um ein angenehmes Raumklima zu erzeugen. Die Hypothese, dass „einfach gebaute“ Häuser im Vergleich zu Standardwohngebäuden oder Wohngebäuden in Niedrigenergiebauweise bezüglich Umweltwirkung und Lebenszykluskosten über einen Betrachtungszeitraum von 100 Jahren besser abschneiden, konnte bewiesen werden. Einfach Bauen bedeutet, ein Gebäude bereits in den ersten Planungsschritten durch eine Vielzahl von Entscheidungen robust und langlebig zu gestalten. Die Ergebnisse finden sich im Forschungsbericht [7] und unter www.einfach-bauen.net.
Forschungshäuser
Parallel dazu hat die B&O Gruppe in Zusammenarbeit mit dem Forschungsteam die Strategie Einfach Bauen an drei Forschungshäusern in Massivholz, wärmedämmendem Mauerwerk und Leichtbeton umgesetzt. In Bad Aibling entstanden nicht unterkellerte Wohngebäude mit jeweils drei Geschossen und insgesamt 23 Wohnungen. Die materialund klimagerecht konstruierten Gebäude benötigen aus sich heraus wenig Heizenergie und überhitzen nicht im Sommer. Der Einsatz von einschichtigen Bauteilen aus natürlichen und nachwachsenden Rohstoffen schont die Umwelt über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes hinweg. Entstanden sind Wohngebäude, die einfach zu bauen und einfach zu betreiben sind. Das Buch „Einfach Bauen. Ein Leitfaden“ [8] stellt die im Forschungsprojekt entwickelten Strategien dar und dokumentiert die Forschungshäuser.
A1 Übersicht 3 Forschungshäuser
Haus in Leichtbeton
Ansicht Süd
Ansicht Ost Ansicht Ost 14
Ansicht Süd Maßstab 1:200
Ansicht Nord
Übersicht 3 Forschungshäuser
Ansicht Ost Maßstab 1:200
Querschnitt
Maßstab 1:200
Längsschnitt
Maßstab 1:200
Mauerwerk
Massivholz
Leichtbeton
Bauphase Bezug der Häuser Messungen Befragungen
Das Konzept Einfach Bauen sieht robuste Gebäude vor, die auch dann einen moderaten Energieverbrauch verzeichnen, wenn sich äußere Bedingungen wie das Wetter oder das Nutzerverhalten ändern. Das Gebäudekonzept der drei Forschungshäuser in Bad Aibling ist auf ein Minimum reduziert. Dabei wurde auf vieles verzichtet, was heute Standard im Wohnungsbau ist: Wandbekleidung, Sonnenschutz, Wohnraumlüftung oder ein Keller. Um die Potenziale des einfachen Bauens konkret zu erfassen, wurden über einen Zeitraum von zwei Jahren die Qualitäten durch Messungen und Befragungen überprüft.
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Übersicht über den zeitlichen Ablauf der Messungen und Befragungen [9]
B1 Ökobilanz (LCA) und Kreislaufpotenzial (UMI)
Ein Schwerpunkt der Forschungstätigkeiten im Bereich Einfaches Bauen liegt in der Betrachtung der Umweltwirkung. Dabei werden die Prozesse der Gewinnung, Produktion und Entsorgung von Bauwerk und Gebäudetechnik sowie der Austausch seiner Einzelteile, also der gesamte Lebenszyklus eines Hauses, betrachtet. Diese Methode der Ökobilanz heißt LCA (engl. Life Cycle Assessment). Anhand der LCA-Ergebnisse sollen die Umweltwirkungen von Baustoffen und Technikkomponenten verglichen und Ansätze für eine Reduktion der Umweltwirkung aufgezeigt werden.
Die Untersuchung konzentriert sich auf den Klimawandel. Als Maß für die Klimaerwärmung wird das Globale Erwärmungspotenzial (GWP), ausgedrückt in Kilogramm CO2-Äquivalent, verwendet. Dabei wird die Menge der Treibhausgase, die zum Treibhauseffekt beitragen, in CO2-Äquivalenten gemessen. Dieser Indikator zeigt an, wie stark das dadurch erzeugte Potenzial die globale Erwärmung beeinflusst.
Die Auswahl in Tabelle 25 beruht darauf, dass die Errichtungsphase (Module A4–A5) und die ersten Schritte der Entsorgungsphase (Module C1–C2) stark von den individuellen Projektanforderungen abhängen. Allgemeine, zuverlässige Daten hierzu sind nicht ausreichend verfügbar.
Das zusätzliche Modul D beschreibt potenzielle Vor- und Nachteile außerhalb des Lebenszyklus, wenn bestimmte Teile des Gebäudes nach dem Abriss weiterverwendet werden können. Für Holzwerkstoffe zum Beispiel wird in den verwendeten Datensätzen eine hundertprozentige Verbrennung des Altholzes in einem Biomasseheizkraftwerk angenommen. Es wird weiter angenommen, dass dadurch exportierte Energie, thermische Energie aus Erdgas, substituiert wird [10].
Das Ergebnis dieses Moduls wird separat ausgewiesen, da die positiven Effekte des Recyclings zum Teil bereits in der Herstellungsphase berücksichtigt werden und bei einer Addition mehrfach gezählt würden.
In der Untersuchung wird entsprechend den Konventionen der Norm angenommen, dass Gebäude eine Lebensdauer von 50 Jahren haben und danach abgerissen werden. Die Bewertung erfolgt nach der Methode „Heute gebaut, morgen zurückgebaut“. Für die Bilanzierung des vollständigen Abrisses nach 50 Jahren werden Datensätze verwendet, die die heutige Situation widerspiegeln.
Der Austausch von Gebäudeteilen in diesen 50 Jahren erfolgt entsprechend der technischen Lebensdauer. Die Datengrundlage für die Anzahl der Austauschzyklen stammt aus der Tabelle „Nutzungsdauern von Bauteilen für Lebenszyklusanalysen nach dem Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)“ mit Stand vom 24.02.2017 [11]. Die Austauschzyklen für Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung werden durch Tabellen 8 bis 11 der Bilanzierungsregeln des QNG vorgegeben [12].
Ökobilanz (LCA) und Kreislaufpotenzial (UMI)
Lebenszyklusphasen Modulgruppen hier zu berechnen
Rohstoffbeschaffung A1 X
Herstellung
A1–A3
Transport A2 X
Produktion A3 X
Transport A4
Errichtung A4, A5
Betrieb und Nutzung B1–B7
Errichtung/Einbau A5
Nutzung B1
Instandhaltung B2
Instandsetzung/Reparaturen B3
Austausch B4 X
Modernisierung B5
Energieverbrauch im Betrieb B6
Wasserverbrauch im Betrieb B7
Rückbau/Abriss C1
Transport C2
Rückbau, Abfallbehandlung und Entsorgung
Vorteile und Belastungen außerhalb der Systemgrenze
C1–C4
Abfallbehandlung C3 X
Entsorgung C4 X
Recyclingpotenzial D separat darstellen
Übersicht der betrachteten Module
Ökobilanz (LCA) und Kreislaufpotenzial (UMI)
Haus Mauerwerk, Küche
3,09 m
3,09 m
3,09 m
Bauteile Haus Mauerwerk
Dach (Decke über 2. OG)
Bitumenbahn, beschiefert, 4 mm
Bitumenbahn, 4 mm
Holzschalung, 24 mm
Dachsparren 80/220 mm, e = 850 mm, 220 mm
Holzfaserdämmmstoff, 60 kg/m3, 240 mm
Beton, als Halbfertigteil mit Aufbeton
Bewehrungsstahl 0,7 % Volumenanteil, 200 mm Gipsputz, 10 mm
Dispersionsfarbe, 0,2 kg/m2
Außenwand
Kalkzementleichtputz, 300 kg/m3, 20 mm Luftkammerziegel, 425 mm
Kalkschlämme, 5 mm
Silikatfarbe, 0,2 kg/m2
Holzfenster
Lärche, geölt, inkl. Beschläge Isolierverglasung 3-fach
Decke über 1. OG/EG
Sisal, 3 kg/m2 ΔLw ≥ 18 dB, 6 mm
Beton, als Halbfertigteil mit Aufbeton
Bewehrungsstahl 0,7 % Volumenanteil, 300 mm Gipsputz, 10 mm
Dispersionsfarbe, 0,2 kg/m2
Innenwand
Silikatfarbe, 0,2 kg/m2
Kalkschlämme, 5 mm Verfüllziegel
Betonanteil 50 %, 240 mm Kalkschlämme, 5 mm Silikatfarbe, 0,2 kg/m2
Bodenplatte
Sisal, 3 kg/m2, 6 mm Zementestrich, 75 mm PE-Folie, 0,2 mm Mineralwolle, 20 mm Holzfaserdämmstoff, 60 kg/m3, 180 mm Bitumenbahn, 4 mm Transportbeton C25/30
Bewehrungsstahl 0,7 % Volumenanteil, 250 mm Magerbeton, 50 mm, als Sauberkeitsschicht Recyclingschotter, 500 mm
Sockel
Stahlbeton C25/30
Bewehrungsstahl 0,7 % Volumenanteil, 100 mm Bitumenbahn, dahinter hochgezogen, 4 mm Graue Emission in kgCO2 Äq./m2 Bauteil
Haus Mauerwerk, Detailschnitt
2,11 1,02
29,34 1,02 2,11
40,35 35,74 0,96 2,75 5,87 6,32 60,69 9,42 12,22 14,99 34,36 24,28 3,77 6,32
Haus Massivholz, Kinderzimmer
