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Sabrina Eckert: DESIGN_UP - Schloss Blumenthal

Integrale Sanierung und Umnutzung eines Ökonomiegebäudes im Ensembleschutz

 
Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D
merkle

Projektbeschreibung

Bachelorarbeit Sabrina Eckert, WS 2020-21
Integraler Entwurf mit Schwerpunkt Bauen im Bestand, Bauphysik, Gebäudetechnik
Betreuung: Prof. Dr. Martin Bauer, Prof. Dr. Dirk Jacob, Prof. Michael Schmidt
Studiengang: Energieeffizientes Planen und Bauen – E2D

Aus der Aufgabenstellung:

„Das Schloss Blumenthal liegt nördlich von Augsburg. Es war ursprünglich ein vierflügeliges Wasserschloss und wurde 1296 erstmals urkundlich erwähnt. Über mehrere Jahrhunderte wurde es durch den Deutschen Orden genutzt. Ab 1806 war das Schloss im Besitz der Fuggerschen Stiftungsverwaltung. Im Jahr 2007 übernahmen acht Familien das Anwesen und gründeten die Schloss Blumenthal GmbH & Co KG. Mittlerweile ist die Gemeinschaft inklusive Kinder auf 61 Personen angewachsen. Neben einem Hotel, einem Seminarbetrieb und einem Gasthaus betreibt die GmbH eine Solidarische Landwirtschaft. Die gesamte Schlossanlage ist öffentlich zugänglich. Die Betreiber versuchen, in enger Abstimmung mit dem Denkmalschutz Umbauten und Renovierungen möglichst wenig invasiv durchzuführen. Wichtig ist die Erhaltung des Ensembles.

Für das Schloss Blumenthal bei Aichach in der Nähe von Augsburg besteht Denkmalschutz (Ensembleschutz). Eingriffe in die Bausubstanz sollen sich bei ggf. nötigen Umbauten an den vorhandenen Konturen orientieren. Das zu beplanende Gebäude schließt den Innenhof der Gesamtanlage nach Süden ab. Ohne die Kubatur des Gebäudes grundlegend zu verändern, soll das gesamte Obergeschoss ertüchtigt werden, um dann einer flexiblen Nutzung zur Verfügung zu stehen.

Der Planungsbereich umfasst den gesamten Raum unter dem Satteldach und darf - soweit nötig - vollständig entkernt werden. Die Erschließung und die Treppenhäuser könnten bei Bedarf versetzt und/oder neu geplant werden. Entsprechende Fluchtweglängen sind einzuhalten. Die Nutzfläche von ca. 1.000 m2 wird bisher als Lagerfläche genutzt. Der Bauherr wünscht sich eine flexible Nutzung zu jeweils einem Drittel durch:
- Hotelzimmer / Apartments / Wohnen
- Veranstaltungsfläche / Multifunktionsfläche
- Büroräume

Benötigte haustechnischen Anlagen können im EG oder im Dachbereich angeordnet werden. Das Gebäude ist an eine bestehende Ringleitung angeschlossen, welche Blumenthal mit Heizenergie versorgt. Das Dach soll in der jetzigen Form erhalten bleiben. Südseitig sollen möglichst große Flächen des Daches für eine photovoltaische Stromerzeugung und soweit nötig für Solarthermie genutzt werden. Die planerische und gestalterische Integration aller haustechnischen Anlagen, sowie die sinnvolle Verortung der benötigten Anlagen ist Bestandteil der Aufgabe. Alle öffentlichen Räume müssen barrierefrei erreichbar sein.“

 

 
Lageplan Schloss Blumenthal mit Verortung des Ökonomiegebäudes als großer Mittelpunkt der Gemeinschaft
Lageplan Schloss Blumenthal mit Verortung des Ökonomiegebäudes als großer Mittelpunkt der Gemeinschaft
Grundriss Erdgeschoss (Bestand, Ergänzung durch Erschließungselemente)
Grundriss Erdgeschoss (Bestand, Ergänzung durch Erschließungselemente)
Grundriss 1. Obergeschoss: Wohnen, Veranstaltung, Büro
Grundriss 1. Obergeschoss: Wohnen, Veranstaltung, Büro
Grundriss 2. Obergeschoss: Wohnen, Büro
Grundriss 2. Obergeschoss: Wohnen, Büro

Erläuterung des Entwurfs (Sabrina Eckert):

Nutzung
Die Flächenaufteilung von Büro, Veranstaltung und Wohnen ist je zu ca. einem Drittel der Nutzfläche aufgeteilt. Die Appartements können längerfristig als Einzimmerwohnungen vermietet oder als Hotelzimmer angeboten werden, je nach Bedarf oder Nutzungswunsch des Bauherren.
Die Veranstaltungsfläche ist flexibel nutzbar für große Veranstaltungen bis zu 300 Personen. Auch Hochzeiten, Seminare, Tagungen und ähnliche Veranstaltungen können hier stattfinden. Eine Nutzung durch den Waldkindergarten bei schlechtem Wetter ist ebenfalls denkbar, da eine große Bewegungsfläche für die Kinder gegeben ist.
Die Büroflächen wurden nach dem Co-Working-Prinzip geplant, mit vielen offenen Bereichen für den Austausch und eine bessere Zusammenarbeit. Gleichzeitig gibt es auch Ruhebüros sowie eine Telefonbox, um eine ruhige Arbeitsumgebung zu gewährleisten.

Modell 1:100
Modell 1:100

Nachhaltigkeitskonzept: Materialität

Lehm
Lehm als traditioneller Baustoff erfüllt viele ökologische und baubiologische Anforderungen. Er ist oft örtlich verfügbar, schont Ressourcen da kein Brennprozess notwendig ist, außerdem ist Lehm beliebig wiederverwertbar. Im Wohnbereich sowie im Büro werden daher Lehmbauplatten und punkten mit vielen wohngesundheitlichen Vorteilen. Lehm in Innenräumen ist feuchteregulierend sowie schadstoff- und geruchsbindend, was besonders auch für Allergiker und empfindliche Menschen geeignet ist.

Holz
Holz als Baustoff wird seit Jahrtausenden verwendet und findet besonders beim ökologischen Bauen Anwendung. Für eine gute Ökobilanz werden einheimisches Holz ohne lange Transportwege verwendet. Holz zählt als CO2 neutraler Baustoff, da die Bäume in ihrer Wachstumsphase Kohlenstoff binden und am Ende ihrer Lebensdauer bei einer thermischen Verwertung diese Kohlenstoffe wieder abgeben.
Das Material weist eine hohe Zug- und Druckfestigkeit bei geringem Eigengewicht auf. Diese Eigenschaften sind gerade beim Tragwerk und im Dachausbau von großem Vorteil.

Holz-Beton-Verbundbauweise
Der Kehlbalken im Dachtragwerk bildet eine ideale Anwendung für eine Holz-Beton-Verbundbauweise. Im Hybrid-System nimmt Holz die Zugkräfte und der Beton die Druckkräfte. Diese Bauweise findet besonders in der Sanierung Anwendung, da verschiedenste Anforderungen erfüllt werden können, etwa hohe Traglast bei großen Spannweiten, guter Brandschutz, guter Schallschutz und das Erreichen einer mittelschwere Bauweise in Hinblick auf die thermische Masse. Bei der Wahl der Verbindungsmittel dieses Hybridsystems ist auf eine Recyclingfähigkeit zu achten.

Belichtungskonzept
Um eine möglichst gute Belichtung der Räume zu gewährleisten, wurden an der Nordost-Seite des Gebäudes große Glasflächen eingebaut. Zudem ist hier ein schöner Ausblick auf den Innenhof Schloss Blumenthals gegeben.
Dem gegenüber steht die Südwest Seite des Gebäudes, welche hauptsächlich über kleinere Oberlichter belichtet wird, um den sommerliche Wärmeschutz einhalten zu können und eine Überhitzung der Räumlichkeiten zu vermeiden.

Ansicht Nord-Ost
Ansicht Nord-Ost
Ansicht Süd-Ost (links) und Ansicht Nord-West (rechts)
Ansicht Süd-Ost (links) und Ansicht Nord-West (rechts)
Ansicht Süd-West
Ansicht Süd-West

Strategien für den Sommerlicher Wärmeschutz:

Für einen erhöhten Nachtluftwechsel gewährleisten gegenüberliegende Dachfenster eine Querlüftung, im Veranstaltungsraum ist diese über zwei Geschosse möglich.

Die thermischen Massen der Holz-Beton-Verbundbauweise in Kombination mit den Lehmplatten erzeugen eine mittelschwere Gebäudebauweise.

Die Fensterflächen öffnen sich zum großen Teil zur Nordost-Seite hin, nur wenige, kleine Fenster befinden sich an der Südwest Fassade des Gebäudes. Es gibt daher wenig direkte Sonneneinstrahlung in der Mittagshitze.

Falls es doch unerwünschte direkte Sonneneinstrahlung geben sollte, wird an den Fenstern ein elektrisch gesteuerter außenliegender Rollladen mit einem Verschattungsfaktor Fc= 0,3 eingesetzt.

Konzeptschnitt (Bürobereich)
Konzeptschnitt (Bürobereich)
Innenraumperspektive: Büro
Innenraumperspektive: Büro
Konzeptschnitt (Veranstaltung)
Konzeptschnitt (Veranstaltung)
Innenraumperspektive: Veranstaltungsbereich
Innenraumperspektive: Veranstaltungsbereich
Konzeptschnitt (Wohnen)
Konzeptschnitt (Wohnen)
Innenraumperspektive: Wohnen
Innenraumperspektive: Wohnen

Tragwerk:

Das Bestandstragwerk im Obergeschoss des Ökonomiegebäudes war ein großes Stahlfachwerk bestehend aus Dreigurtbindern.

Tragwerk (Bestand)
Tragwerk (Bestand)

Im Rahmen einer Sanierung erhöhen sich die Lastanforderungen des Dachstuhls. Ein verbesserter Dachaufbau und die statischen Lasten einer neuen Zwischengeschossdecke müssen vom Tragwerk gehalten werden. 

Die Möglichkeit, das Bestandstragwerk zu erhalten und in Stand zu setzen, ist sehr kostenintensiv und entwurfstechnisch mit großen Schwierigkeiten verbunden. Aus diesem Grund fiel die Entscheidung auf einen Rückbau des alten Dachstuhles und die Errichtung eines neuen, freitragenden Dachstuhl in Holzbauweise. Um einen stützenfreien Dachraum zu gewährleisten wurde ein Kehlbalkendachstuhl geplant, da hier große Spannweiten überbrückt werden können und der Kehlbalken als Unterstützung der Geschossdecke in Holz-Beton-Verbundbauweise dient.

Neues Kehlbalkendach-Tragwerk
Neues Kehlbalkendach-Tragwerk

Das Gebäude wurde für eine Änderung des Bestandsgebäudes nach dem neuen Gebäudeenergiegesetz (GEG 2020) bilanziert. Um jedoch ein möglichst effizientes Gebäude zu planen, wurden die Anforderungswerte eines Neubau KfW-40-Effizienzgebäudes als Zielwerte gesetzt und erreicht.

Zusammenfassung der bauphysikalischen Berechnungen
Zusammenfassung der bauphysikalischen Berechnungen
Gebäudetechnik (1. Obergeschoss)
Gebäudetechnik (1. Obergeschoss)
Gebäudetechnik (2. Obergeschoss)
Gebäudetechnik (2. Obergeschoss)

Heizungskonzept: Wärmeübergabe Veranstaltungsraum

Variante 1: Heizkühldecken
Variante 2: Luftheizung über die Lüftungsanlage

Die Heizkühldecken können mit dem Rücklauf der Ringleitung betrieben werden, die Wärme hierfür wird mithilfe der BHKW und dem Pelletkessel energetisch regenerativ erzeugt. Mit der Lüftung zu heizen bedeutet keine zusätzlichen Anschaffungskosten für die Heizung. Jedoch verbraucht die Luftheizung Strom, welcher ebenfalls mithilfe der BHKWs energetisch erzeugt wird.
Da die BHKWs einen Stromüberschuss erzeugen, liegt eine Empfehlung der Variante 2 – Luftheizung nahe. Ein weiteres Argument für die Luftheizung ist eine größere Behaglichkeit für die Nutzer. Bei der Wärmeübergabe wird die Wärme gleichmäßig im Raum verteilt und es gibt keine punktuellen Flächen die Wärme abstrahlen. Es muss auch beachtet werden, dass die Heizdecken akustisch wirksam sind. Hier muss im Falle einer Entscheidung gegen die Heizdecken eine akustische Alternative für den Veranstaltungsraum gefunden werden.

Heizungskonzept: Wärmeübergabe Büro und Wohnen

Die Appartements sowie das Büro werden über Radiatoren-Heizkörper VL/RL 60/45 beheizt. Bei einer flexiblen Nutzung der Räumlichkeiten wird dadurch eine schnelle Aufheizung gewährleistet.

Gebäudetechnik (Erdgeschoss, Technikzentrale)
Gebäudetechnik (Erdgeschoss, Technikzentrale)

Biogaserzeugung:

Um Schloss Blumenthal wärme- und stromtechnisch zu versorgen, wurde BHKW-Betrieb mithilfe einer Biogasanlage zur umweltfreundlichen und ressourcenschonenden Energiegewinnung geplant.

Da vor Ort keine größere Nutztierhaltung vorhanden ist, um tierische Exkremente als Biomasse zu nutzen, wie es in der Regel der Fall ist, wurde eine Alternative mit Abfall-Biomasse gefunden. Diese abfallbasierte Biogasanlage bietet sich besonders für Schloss Blumenthal an, da vor Ort anfallende Biomüllreste verwertet werden können. Außerdem entsteht bei einer Biogaserzeugung hochwertiger Dünger, der für die Solidarische Landwirtschaft genutzt werden kann. Besonders wichtig ist es, für die Biomasse keinen Kunstdünger, Pestizide oder Ahnliches zu verwenden.

Beispiele für Biomasse:
- Lebensmittelreste der Bewohner
- Restaurantabfälle des Gasthauses und des Biergartens
- Grünschnitt und andere Bioabfälle der Solidarischen Landwirtschaft
- Gülle der Hof Tiere (Vier Lamas, zwei Hängebauchschweine, zwei Esel)
- Schnell wachsende Biomasse

Beispiel: Schnell wachsenden Biomasse ‚Durchwachsene Silphie‘
Als blühende Pflanze attraktiv für Bienen im ‚BienenBlütenReich Schloss Blumenthal‘, zudem ist die Pflanze mehrjährig und stellt wenig Ansprüche an Klima und Boden.

BIM-fähiges 3D-Modell, Sanierungsvariante Schloss Blumenthal
BIM-fähiges 3D-Modell, Sanierungsvariante Schloss Blumenthal Lüftung
 

Abgabeleistungen

  • Grundrisse OG ggf. 2.OG, EG mit Erschließung und Außenanlagen, Ansichten, Schnitte, M 1: 100
  • Lageplan M 1: 500
  • Räumliche Darstellungen
  • Lüftungskonzept
  • Heizung/Wärmeversorgungskonzept
  • Energiekonzept und bauphysikalisches Konzept
  • Nachweis des im 1. Kolloquium festzulegenden KfW Standards für ausgesuchte Raumbereiche
  • Übergeordnete Konzepterläuterungen von Tageslicht, Nachhaltigkeit und TGA-Konzepten
  • Modell M 1: 100
  • BIM-fähiges 3D-Modell digital

Alle Berechnungen und weitere Unterlagen sind in einem umfangreichen Berichtsteil nachgewiesen.

 

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Martin Bauer

Architektur und Bauwesen

Telefon: 

+49 821 5586-3112

Fax:

+49 821 5586-3110

Ansprechpartner

Prof. Dipl.-Ing. Michael Schmidt

Architektur und Bauwesen

Telefon: 

+49 821 5586-3611

Fax:

+49 821 5586-3110

 

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