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Christian Fischer: Innovationswerkstatt für nachhaltige Baustoffe Augsburg

Perspektiven einer Verbindung von Lehre, Forschung und Praxis-Transfer

 
Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D
fischer

Projektbeschreibung

Bachelorarbeit Christian Fischer, WS 2020-21
Betreuung: Prof. Dr. Joachim Müller, Prof. Susanne Runkel
Studiengang: Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D

Aus der Aufgabenstellung:

„Die Hochschule Augsburg möchte ihre Funktion als Innovationsmotor der Region in wichtigen Zukunftsthemen ausbauen und die Verbindung von Lehr- und Forschungsaktivitäten mit direkten Transfer zur Praxis stärken. Hierfür soll in Nachbarschaft zu den bestehenden Hochschulgebäuden eine neue „INaB-A Innovationswerkstatt nachhaltiger Baustoffe – Augsburg“ entstehen.

Unterschiedliche Nutzungsbereiche sollen synergetisch ineinandergreifen. Kernelement der Nutzung ist ein Werkstattbereiche für innovative experimentelle Materialentwicklung und Produktionsprozesse im Themenbereich nachhaltiger Baustoffe. Dieser wird ergänzt durch einen Seminarbereich mit Büroflächen als Lernlandschaft und einem Gründerzentrum, wo Innovationen auf möglichst kurzem Weg den Weg in die Praxis gefördert werden. Der Veranstaltungsbereich „Forum“ mit Ausstellungsflächen bietet eine Plattform zum Austausch von Forschung und Praxis.

"INaB-A" soll sowohl den Nutzern als auch Gästen eine besondere Erlebnis-Qualität "des Gemeinsamen" und eine Teilhabe an aktuellen Forschungsthemen der Hochschule bieten. Die Synergie aus der Konzentration unterschiedlicher Nutzungen soll voll entfaltet werden. Hierzu ist eine besonders hohe Qualität der Erschließungsbereiche, der Blickbeziehungen sowie der informellen Kommunikationsflächen unumgänglich. Ebenso zentral ist auch die Wirkung in den Stadtraum hinein, bei der das Gebäude selbst eine exemplarische Vorbildfunktion für zukunftsfähiges Bauen einnimmt. Wie kann sich die Idee des synergetischen Miteinanders, die Idee einer zukunftsgerichteten Materialentwicklung auch im pädagogischen Sinn inspirierend nach außen präsentieren?"

 
Lage der Innovationswerkstatt entlang der Baumgartnerstraße (im Nordosten angrenzend) im Kontext der Hochschulgebäude
Lage der Innovationswerkstatt entlang der Baumgartnerstraße (im Nordosten angrenzend) im Kontext der Hochschulgebäude (alle Abb.: Christian Fischer)

Erläuterung des Entwurfs (Christian Fischer):

Das Innovationszentrum für nachhaltige Baustoffe Augsburg INaB-A fügt sich in die Struktur der Hochschulgebäude am Campus Brunnenlech entlang der Baumgartnerstraße ein. Das zentrale Element des Gebäudes bildet das Atrium. Es sorgt für natürliche Belichtung des Gebäudeinneren, dient als Ausstellungsfläche, beinhaltet eine vertikale Haupterschließungsfunktion, schafft visuelle Verbindungen der offenen Kommunikationsbereiche im Gebäude mit der Werkstatt (Blickbeziehungen) und ermöglicht in Verbindung mit den an der Fassade angebrachten Solarkaminen eine durchgehende natürliche Belüftung.

Städtebauliche Einbindung (Modell) mit Lage zwischen dem C-Gebäude der Hochschule (Fakultät Architektur und Bauwesen, links im Bild) und den Wohngebäuden entlang der Baumgärtnerstraße (rechts im Bild)
Städtebauliche Einbindung (Modell M 1:500) mit Lage zwischen dem C-Gebäude der Hochschule (Fakultät Architektur und Bauwesen, links oben im Bild) und den Wohngebäuden entlang der Baumgärtnerstraße (rechts unten im Bild)
Ansicht Süd-Ost (links) und Süd-West (rechts)
Ansicht Süd-Ost (links) und Süd-West (rechts)
Ansicht Nord-West (links) und Nord-Ost (rechts)
Ansicht Nord-West (links) und Nord-Ost (rechts)
Modell (M 1:100) mit Ansicht von Süden
Modell (M 1:100) mit Ansicht von Süden
Perspektive Innenraum mit Atrium und offenen Blickbeziehungen
Perspektive Innenraum mit Atrium und offenen Blickbeziehungen
Grundriss Untergeschoss (links) und Erdgeschoss mit Einbindung in das Wegenetz (rechts)
Grundriss Untergeschoss (links) und Erdgeschoss (rechts, dreigeschossige Werkhalle im Norden, Veranstaltungsbereich, Ausstellungsbereich und Atrium, Cafe) mit Einbindung in das Wegenetz
Grundriss 1. OG (links) und 2. OG (rechts) mit Seminarbereichen, Gründerzentrum und Co-Working
Grundriss 1. OG (links) und 2. OG (rechts) mit Seminarbereichen, Gründerzentrum und Co-Working

Tragwerk:

Das Primärtragwerk besteht aus Brettschichtholzstützen und Brettschichtholzträgern, welche in den Stampflehmwänden von einer Stahlbeton-Skelettbauweise abgelöst werden, deren „Gefach“ mit Stampflehm ausgefüllt wird. Zwischen den Brettschichtholzträgern des Primärtragwerks spannen Brettstapelholzdecken, welche die Sekundärlast auf das Primärtragwerk ableiten. Zur zusätzlichen Aussteifung des Tragwerks sitzt ein Aufzugsschacht mit Stahlbetonwänden im Sanitärkern. Um das Gebäude gegen horizontale Krafteinwirkungen auszusteifen wird eine gebäudeumfassassende Schicht aus einer 40 mm Mehrschichtplatte außenseitig des 160 mm Sekundärtragwerks der Außenwand vorgesehen (vgl. Detail Fassadenschnitt).

Material:

Beim Gebäudekonzept wurde vor allem auf die Rückbaubarkeit und eine mögliche sortenreine Verwertung der Bauteile geachtet. Aus diesem Grund sollten möglichst wenige Klebeverbindungen zum Einsatz kommen und Materialdurchmischungen möglichst vermieden werden. Die Verbindungen der Holzteile erfolgt größtenteils über lösbare Schraubverbindungen. Zudem wurden bei der Materialwahl hauptsächlich Bauteile mit möglichst geringem Anteil an TVOC verwendet.

Für die thermische Speichermasse und die damit einhergehende Pufferung der sommerlichen Temperaturspitzen kommen Stampflehmwände und geschliffener Stampflehmfußboden mit Kaseinanstrich zur Anwendung. Der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes wird für zwei kritische Räume im Bericht aufgeführt. Im Stampflehmfußboden ist eine Flächenheizung integriert, welche für die Wärmeübergabe an die Räume sorgt. Die Stampflehmwände haben zudem positive Auswirkungen auf Haptik und Raumakustik. Im Gebäudeinneren werden die Stirnseiten der Stampflehmwände und deren Stahlbetonstürze jeweils von unbehandelten Fichtenholzzargen eingefasst und betonen somit die Öffnungen in den Stampflehmwänden (vgl. Innenraumperspektive).

Fassade:

Die Pfosten-Riegel Fassade besteht aus Holzpfosten und -riegeln, die Grundprofile und Pressleisten bestehen aus Aluminium, bieten optimalen Witterungsschutz und erhöhen somit die Lebensdauer der Holzelemente. Als Fassadenverkleidung wurde eine verkohlte Holzschalung gewählt, deren carbonatisierte oberste Schicht eine wartungsarme Oberfläche entstehen lässt, welche vor Feuchtigkeit, Witterungseinflüssen und Schädlingen schützt. Aus diesem Grund ist keine weitere Behandlung des im Außenbereich eingesetzten Holzes notwendig. Im Kontrast zum schwarzen Grundkörper soll die Hüllenkonstruktion in den beiden Obergeschossen aus Lärchenholzlamellen entstehen. Durch Witterungseinflüsse bilden die unbehandelten Hölzer bereits nach wenigen Monaten eine natürliche, gräuliche Patina aus. Der Werkstattbereich setzt sich vom restlichen Gebäude durch eine markante Stampflehmoberfäche ab, welche im nordöstlichen Teil von 2 Rundfenstern durchbrochen wird. Hierdurch soll der Fokus der Vorbeigehenden auf die robotische Stampflehmwandfertigung im Gebäudeinneren gelenkt werden und so Neugier schaffen.

Modell M 1:100 mit Ansicht von Osten
Modell M 1:100 mit Ansicht von Osten
Gebäudeschnitte
Gebäudeschnitte

Lüftung:

Die Frischluftversorgung wird über einen Luft-Erdwärmetauscher gewährleistet, welcher die Frischluft in den Sommermonaten vorkühlt und in den Wintermonaten vorwärmt. Die für die Sanitär- und Küchenbereiche ganzjährig betriebene zentrale Lüftungsanlage mit Rotationswärmetauscher wird in den übrigen Gebäudeteilen nur in den Wintermonaten eingesetzt, um die Wärmeverluste des Gebäudes möglichst gering zu halten. Details hierzu befinden sich im Berichtsheft als Anlage zum Entwurf.

Lüftungskonzept Winter (links) mit zentraler Lüftungsanlage mit Rotationswärmetauscher (Wärmerückgewinnung 75%) über Luft-Erdwärme-Tauscher / Nachtlüftung im Sommer (rechts) mit natürlicher Lüftung über Fassade und Atrium
Lüftungskonzept Winter (links) mit zentraler Lüftungsanlage mit Rotationswärmetauscher (Wärmerückgewinnung 75%) über Luft-Erdwärme-Tauscher / Nachtlüftung im Sommer (rechts) mit natürlicher Lüftung über Fassade und Atrium
Lüftungsskonzept Taglüftung (Sommer) über Luft-Erdwärme-Tauscher und fassadenintegrierten Solarkaminen, Darstellung Gäudekonzepte
Lüftungsskonzept Taglüftung (Sommer) über Luft-Erdwärme-Tauscher und fassadenintegrierten Solarkaminen, Darstellung Gäudekonzepte
Modell (M 1:100) mit Innenraum
Modell (M 1:100) mit Innenraum
Modell (M 1:100)
Modell (M 1:100)
Berechnungsergebnisse Primär- und Endenergiebedarf sowie Bewertung hinsichtlich KfW-55
Berechnungsergebnisse Primär- und Endenergiebedarf sowie Bewertung hinsichtlich KfW-55
Zusammenfassung: Global Warming Potential GWP
Zusammenfassung: Global Warming Potential GWP
Fassadendetail (M 1:10) in Schnitt, Ansicht und Grundriss mit Darstellung der Solarkamine
Fassadendetail (M 1:10) in Schnitt, Ansicht und Grundriss mit Darstellung der Solarkamine

Tageslicht und sommerlicher Wärmeschutz:

Die Gruppenbüros sind mit geteilten Raffstores ausgestattet. Der obere Teil der Raffstores verfügt über Lichtlenklamellen, um das Tageslicht möglichst weit in den Innenraum lenken zu können und eine Versorgung mit Tageslicht sicher zu stellen. Verstärkt wird dieser Effekt noch zusätzlich über die Lightshelfs. Der Co-Working Bereich verfügt über einen vertikal angebrachten textilen Sonnenschutz, welcher über ein BUS System zentral gesteuert wird.

Durch den Textilen Sonnenschutz ist trotz Verschattung des Innenbereichs immer ein Bezug nach Außen sichergestellt, ohne die winterlichen (gewollten) solaren Energieeinträge zu reduzieren. Aus diesem Grund wurde bewusst auf eine feststehende Verschattung der Fassadenöffnungen verzichtet. Eine teilweise Verschattung der Fassadenöffnungen des Erdgeschosses wird durch eine Auskragung im südöstlichen und südwestlichen Teil ermöglicht.

Analyse der solaren Einstrahlung mit Rhino/ Grasshopper. Die Tageslichtversorgung einzelner Räume wurde nach BNK 1.3.1
Analyse der solaren Einstrahlung mit Rhino/ Grasshopper.
Die Tageslichtversorgung einzelner Räume wurde nach BNK 1.3.1 nachgewiesen.
Analysedetail Co-Working-Spaces: Stündliche Raumtemperatur in den Sommermonaten (links, Sommermonate) und Einhaltung der Komfort-Bänder nach DIN EN 15251 (rechts)
Analysedetail Co-Working-Spaces: Stündliche Raumtemperatur in den Sommermonaten (links, Sommermonate) und Einhaltung der Komfort-Bänder nach DIN EN 15251 (rechts)
 

Abgabeleistungen

  • Lageplan (M 1: 500), Grundrisse, Ansichten, Schnitte (M 1: 100)
  • 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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