Nachhaltiges Bauen im Bestand

Im Mittelpunkt des Konzeptes stehen eine ressourcenschonende Bauweise, eine Gebäudehülle auf Passivhausniveau und Solarenergienutzung für Strom und Wärme auf dem Dach sowie in der Fassade. Mit der mehrgeschossigen Aufstockung schafft das Team neuen Wohnraum für verschiedene Zielgruppen, flexibel nutzbare Büroflächen und eine neue Grünfläche mitten in der Stadt. So wird das alte Gebäude zum multifunktionalen Gebäude der Zukunft.

Der Gebäudeentwurf

Die Aufstockung des Café Ada umfasst insgesamt vier Stockwerke. Das Erscheinungsbild des Bestandsgebäudes bleibt erhalten. Die Gebäudehülle wird jedoch saniert, sodass der Standard EH 55 erreicht wird. Den Übergang zwischen Bestand und Aufstockung bildet eingerückt das Co-Working-Geschoss. Es zeichnet sich durch seine großen Glasflächen aus und bereichert das Quartier um vielseitig nutzbare Büroflächen. Die darüber liegenden Wohngeschosse erhalten die gleiche Grundgeometrie wie das Café, wodurch sie sich optisch in das Gesamtbild einfügt. Das Erscheinungsbild des Gebäudes wird durch ein vertikales Raster von Stützen geprägt. In die Brüstung sind PVT-Kollektoren zur Gewinnung von Elektrizität und Wärme integriert.

3D-Visualisierung des Gesamtgebäudes
Bild: Team X4S

Ein gefällefreier Dachgarten, der von Photovoltaikmodulen überdacht ist, schafft attraktive Gemeinschaftsflächen, trägt zur Steigerung der Biodiversität und zur Retention von Niederschlag bei.

Im Sinne des Nachhaltigkeitskonzeptes wird die Aufstockung aus vorgefertigten Massivholzelementen errichtet. Gegenüber vorgefertigten Modulen wird dadurch das zu transportierende Volumen reduziert. Bei der Planung der Konstruktion wurde Wert auf Trennbarkeit gelegt, um Bauteile wieder- oder weiterzuverwenden zu können.

Für die Wettbewerbsphase in Wuppertal wird ein repräsentativer Ausschnitt der Aufstockung gebaut. Diese Demonstrationseinheit umfasst eine 60m² große Wohnung aus dem obersten Geschoß der Aufstockung. Das Kernstück bildet das vorgefertigte Technik-Bad-Modul, um welches die vorgefertigten Wand-, Boden und Deckenelemente angeordnet werden.

Gebäudeenergiekonzept

Die Ziele vom Team X4S sind Einfachheit, Robustheit und Nachhaltigkeit in der Architektur, Konstruktion und Technik. Um das Gebäude über Solarenergienutzung zu versorgen, greifen alle Gewerke ineinander. Durch die Reduktion der Heizlast, mittels hochwärmegedämmter Gebäudehülle, können die Systemtemperaturen gesenkt werden, sodass ein Niedertemperatursystem ensteht, das für den effizienten Betrieb mit Solarenergie benötigt wird.

Heizungsschema
Bild: Team X4S

Dieses wird durch ein einfaches technisches Konzept bestehend aus PVT, Inverter-Wärmepumpe, kontrolliertem Wohnungslüftungsgerät (KWL) mit Wärmerückgewinnung, dezentraler Trinkwasserstation und Batteriespeicher umgesetzt. Der Inverter gestützte Betrieb der WP richtet sich nach dem solaren Strahlungsangebot, um ein hohen COP zu erreichen. Unterstützt wird dies durch die thermische Aktivierung der Trittschalldämmung (active layer). Im Winter erhöht diese Schicht das Speichervolumen und ergänzt den thermisch getrennten Pufferspeicher. Im Sommer kann die Schicht durch einen Bypass als passive Flächenkühlung genutzt werden. Ergänzt wird das Energiekonzept durch die Gebäudeautomation, mit der Erzeugung, Bedarf und Verbrauch optimal aufeinander abgestimmt werden. Ein Smart-Home-System ergänzt die Regelung.

Solarenergie am Demonstrator

An zwei Fassaden des Demonstrators werden insgesamt 22 PVT-Kollektoren integriert. Sie erzeugen Wärme für die Wärmepumpe, welche an einen 850-l-großen Pufferspeicher angeschlossen ist. Bei hohen Temperaturen im Solarkreis wird der Pufferspeicher direkt über einen Wärmeübertrager beladen. Die Wärmepumpe ist so dimensioniert, dass sie vorrangig während der Tagesstunden in Betrieb ist, um von höheren Quelltemperaturen zu profitieren. Für eine ausreichende Versorgung des Gebäudes mit selbst produziertem Strom werden weitere PV-Module auf dem Dach installiert. Insgesamt werden 3,0 kWp vorgesehen. Ergänzt wird die Anlage durch einen 2,5 kWh großen Batteriespeicher, der so für eine optimale Nutzung des Eigenstroms sorgt. Das Energiekonzept des Demonstrators wird elektrisch durch ein Gleichstrom-Netz erweitert. Hierdurch können DC-Verbraucher direkt angeschlossen werden, was zu einer Reduktion der Umwandlungsverluste führt.

Systemsimulation

Mithilfe von Simulationswerkzeugen wurden Fragestellungen zur Bauphysik, aber auch zur Dimensionierung des Energiekonzepts angewendet. Mittels eines detaillierten Mehrzonenmodells, das in „EnergyPlus“ aufgebaut wurde, konnten sowohl die optimalen Fensterflächenanteile und der Sonnenschutz untersucht sowie die Größe der PVT ermittelt werden. Durch die Gebäudesimulation wurden zudem die benötigten Parameter für die Gebäudesteuerung ermittelt.

3D-Visualisierung der Demonstrationseinheit
Bild: Team X4S

Das Simulationstool „Polysun“ wurde für die Systemabstimmung der Wärmepumpe und der PV- und PVT-Module verwendet. Hierbei lag das Augenmerk auf der Dimensionierung und Betriebsführung des Systems, sodass sich das Gebäude in der Jahresbilanz selbst versorgen kann.

Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Teilnahme am Wettbewerb SDE 21/22 wird ein Zeichen für das nachhaltige Bauen gesetzt. Der Wettbewerbsbeitrag soll zeigen, dass ein CO₂-neutraler Bau und Betrieb von Gebäuden mit einfachen, nachhaltigen und platzsparenden Technologien möglich ist und die Lebenszykluskosten gesenkt werden. In Wuppertal wird sich zeigen, ob die planerischen Mühen von Erfolgt gekrönt sind.

Unterstützung erhält das Projekt durch Fördermittel des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), des Ministeriums für Ernährung, Ländlicher Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg, sowie durch zahlreiche Sponsoren.

Weitere Informationen zum Projekt gibt es auf der offiziellen Webseite des Wettbewerbs oder unter www.team-x4s.de.