Wohngebäude in Hamburg - DeepGreen Development
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3 2014 ¥ 1 ∂Green Wohngebäude in Hamburg Residential building in Hamburg Haus ohne Zusatzstoffe A house without additives Sieht so die Zukunft des Wohnens aus? Die »Neue Mitte Wilhelmsburg«, die im Rahmen der Internationalen Bauausstellung (IBA) 2013 in Hamburg entstanden ist, sollte nach dem Willen der IBA-Initiatoren Möglichkeiten aufzeigen, wie künftige Wohngebäude ökologischer, flexibler, attraktiver gestaltet und dennoch bezahlbar bleiben könnten. Manches an diesem Vorhaben – der Innovationsgedanke, der Ausstellungscharakter, der Fokus auf Kosten und Bezahlbarkeit – knüpft an vergangene Internationale Bauausstellungen an. Vieles ist hingegen neu, etwa die verwendeten Effizienztechnologien oder die (gerade für Hamburg bislang untypische) Beschäftigung mit Methoden des modernen, vorgefertigten Holzbaus. Herausgekommen ist bei dem Unterfangen eine recht bunte Sammlung aus 15 Solitärbauten, die außer ihrer Höhe (sie sind mit wenigen Ausnahmen vier- bis fünfgeschossig) wenig gemeinsam haben. Seine Genese als Ausstellungsgelände ist dem Areal noch deutlich anzumerken: Die Neubauten stehen weitgehend unvermittelt auf der grünen Wiese; die niedrigen Hecken bieten bisher nur geringen Sichtschutz. Eine Differenzierung zwischen öffentlichen, halb öffentlichen und privaten Bereichen findet so gut wie nicht statt. Der fünfgeschossige »Woodcube« steht genau in der Mitte des Quartiers. Er wirkt gestalterisch zurückhaltender und in sich verschlossener als die meisten seiner Nachbarn und ist zugleich derjenige Neubau im Quartier, der den ökologischen Anspruch der Bauausstellung auf die Spitze treibt. Das Haus trägt das Holz nicht nur im Namen und an der Fassade, sondern besteht bis auf das Kellergeschoss und den Aufzugskern – einschließlich Wärmedämmung – fast komplett aus diesem Material. Und damit nicht genug: Die Konstruktion ist leim-, lack- und lösemittelfrei. Alle Baumaterialien wurden auf ihre baubiologische Verträglichkeit hin überprüft; ferner gab der Projektentwickler eine komplette Ökobilanz in Auftrag, um den ökologischen Fußab- 1 druck des Gebäudes – einschließlich Bau- und Rückbauphase – zu überprüfen. Heizung, Warmwasser und Stromversorgung sind CO2-neutral; der Primärenergiebedarf des Neubaus unterschreitet die Vorgaben der EnEV 2009 um fast 70 %. Damit erfüllt der Woodcube den Förderstandard »Effizienzhaus 40« der KfW und liegt im Bereich des Niedrigstenergiestandards, der EU-weit ab 2021 für alle Neubauten zur Pflicht werden soll. Wohnungsvielfalt mit einheitlicher Hülle Acht Wohnungen mit Größen zwischen 79 und 185 Quadratmetern finden in dem Gebäude Platz; die Auswahl reicht von Einzimmerapartments über eine Maisonette bis zur Dachgeschosswohnung mit Rundumblick, die eine komplette Etage einnimmt. Alle Wohneinheiten erstrecken sich von Nord nach Süd durch das gesamte Gebäude und erlauben so die – energetisch und in puncto Wohnqualität sinnvollste – Ausrichtung der Schlafzimmer nach Norden und der Wohnräume nach Süden. West-, Südund Ostfassade sind weitgehend gleich behandelt: Die horizontale Lärchenholzverschalung wird von unregelmäßig angeordneten, schwarz gerahmten Fensteröffnungen und Balkontüren durchbrochen; hinzu kommen die ebenfalls wie zufällig über die Fläche verteilten Öffnungen der dezentralen Fassadenlüftungsgeräte. Einen Materialkontrast zur Holzhülle bilden die knapp neun Quadratmeter großen Balkone mit ihren Brüstungen aus Verbundsicherheitsglas. Die Unterseiten der Balkone erhielten ebenfalls eine Lärchenholzverkleidung, sodass sie wie aus der Fassade »herausgeklappt« erscheinen. Lediglich an der Eingangsseite im Norden hat das Haus keine Balkone. Die Erdgeschossfassade ist hier leicht zurückversetzt, um einen wettergeschützten Zugang ins Gebäude zu ermög­ lichen. Schlanke Stahlstützen fangen das Gewicht der Ober­ geschosse ab; die zurückversetzte Außenwand erhielt eine graue Putzschicht statt der sonst üblichen Holzverkleidung. 2 ∂Green 2014 ¥ 1 3 Nachhaltige Architektur 1Luftaufnahme von Wilhelmsburg-Mitte von Norden 2Luftaufnahme von Osten 3Lageplan Maßstab 1:1000 4Ansicht von Süd­ westen 1Aerial photo of Wilhelmsburg-Mitte from the north 2Aerial photo of the site from the east 3Site plan Scale 1:1000 4 Southwest elevation 23 Bauherr/Client: Woodcube Hamburg GmbH, Hamburg Projektentwicklung/Project development: DeepGreen Development GmbH, Hamburg Architekten/Architects: architekturagentur, Stuttgart Tragwerksplanung/Structural engineering: Isenmann Ingenieure, Haslach Bauphysik, Brandschutz/Building physics, fire protection: TSB Ingenieure, Darmstadt Ökobilanz/Life cycle assessment: ina Planungsgesellschaft, Darmstadt 3 4 Die Unterkellerung des Hauses ist eher eine Ausnahme im Quartier. Untergeschosse sind aufgrund des hohen Grundwasserstands in Wilhelmsburg kostspielig zu erstellen, weshalb die Investoren zahlreicher Nachbargebäude darauf verzichteten. Dort musste dann zusätzlicher Stauraum in den Wohnungen oder im Erdgeschoss geschaffen werden. Solche Kompromisse waren beim Woodcube nicht erforderlich. Letztlich war der durch das Kellergeschoss frei werdende zusätzliche Wohnraum sogar eine Voraussetzung, um das Projekt für den Investor überhaupt rentabel zu machen. Vom Architektenwettbewerb zum fertigen Bau Wie manch andere der experimentellen IBA-Neubauten hat auch der Woodcube eine wechselhafte Entstehungsgeschichte hinter sich. Am Anfang stand ein von der IBA 2010 ausgelobter Architektenwettbewerb, bei dem Entwürfe für sogenannte »Smart Pri- ce Houses« gesucht waren. Die reinen Baukosten (Kostengruppe 300 + 400) sollten dabei nicht über 1000 €/m2NGF brutto liegen. Den Wettbewerb gewann ein Planungsteam unter Federführung des Instituts für urbanen Holzbau (IfuH) aus Berlin, das noch ohne Investor antrat. Dieser fand sich alsbald mit dem Projektentwickler DeepGreen Development aus Hamburg. In der Folge trennten sich Investor und Planer, und der Bauherr – der mit seinem finanziellen Engagement auch die Nutzungsrechte am Entwurf erworben hatte – beauftragte das Stuttgarter Büro architekturagentur mit einer Überarbeitung der Pläne. Die Ziele waren hierbei vor allem maximale Haltbarkeit, ein besserer Schallschutz und eine noch konsequenter an ökologischen Prinzipien orientierte Konstruktion. Decken und Außenwände sollten nun komplett aus Massivholz bestehen; die Konstruktion wurde weitestgehend von Kunststofffolien, Lacken, Leimen und Verbundwerkstoffen befreit. 24 Wohngebäude in Hamburg 2014 ¥ 1 ∂Green 6 5 Massivholzbau mit Rekord-Dämmwert Die Massivholzkonstruktion wurde innerhalb von dreieinhalb Wochen auf der Baustelle errichtet. Sie besteht aus 31 Zentimeter starken Außenwandelementen sowie 23,5 Zentimeter starken Geschossdecken aus leimfrei verdübeltem Kreuzlagenholz, die im Schwarzwald hergestellt wurden. Die Deckenelemente laufen jeweils zwischen dem Aufzugskern und der Außenwand stützenfrei durch; die Zimmer- und Wohnungstrennwände dazwischen sind ein leichtes Metallständerwerk mit Beplankung aus Gipsfaserplatten. An den Balkonen kragen die Geschossdecken ohne Unterbrechung oder zusätzliche Dämmung ins Freie aus. Die Wärmebrückenwirkung ist dennoch minimal, weil das hier verwendete Holzbausystem eine Wärmeleitfähigkeit von nur 0,079 W/mK besitzt – ein Rekordwert unter allen massiven Baustoffen und deutlich besser als bei massivem Nadelholz (¬ = 0,13 W/mK). Der Hersteller erreicht diese Werte, indem er in die Längsseiten der einzelnen Brettlagen vor dem Verdübeln Nuten einfräst. Diese ergeben im fertigen Brettsperrholz­ element geschlossene Luftkammern, die die Wärmedämm­ wirkung verbessern. Gerade an den Fassaden zeigt das Holzbausystem seine Dämmwirkung: Mit nur sieben Zentimetern Zusatzdämmung aus Holzweichfasern wird hier ein U-Wert von 0,19 W/m2K erreicht. Eine der beiden Dämmschichten war bereits ab Werk in die Außenwand­elemente integriert. Nach der Errichtung des Holzbaus erhielten die Fassaden auf der Außenseite weitere vier Zentimeter Dämmung, eine vertikale Lattung sowie eine unbehandelte Lärchenholzschalung als Wetterhaut. Mit dieser Konstruktion kommt das Haus auf einen Heizwärmebedarf von 32 kWh/m2a; der Blower-Door-Test ergab einen Wert von 0,8 Luftwechseln pro Stunde. Damit unterbietet das Gebäude — auch dank der primärenergetisch günstigen Energieversor- 7 8 9 10 11 12 ∂Green 2014 ¥ 1 5Schlafzimmer mit Massivholzwänden 6Treppenhaus mit Aufzug 7Grundriss 2. Obergeschoss Maßstab 1:400 8Grundriss 3. Obergeschoss Maßstab 1:400 9Grundriss 4. Obergeschoss Maßstab 1:400 10Grundriss Untergeschoss Maßstab 1:400 11Grundriss Erdgeschoss Maßstab 1:400 12Grundriss 1. Obergeschoss Maßstab 1:400 13Detailansicht der Nordfassade mit dezentralen Lüftungsgeräten 3 Nachhaltige Architektur 5Bedroom with solid wood walls 6 Stairwell with elevator 72nd storey floor plan Scale 1:400 83rd storey floor plan Scale 1:400 94th storey floor plan Scale 1:400 10Basement floor plan Scale 1:400 11Ground floor plan Scale 1:400 12First storey floor plan Scale 1:400 13Detail elevation of the north facade showing the decentralised ventilation units Bruttogrundfläche: 1479 m2 � Nutzfläche: ca. 1000 m2 � Bruttorauminhalt: ca. 4130 m3 � A/VVerhältnis: 0,423 � Baukosten brutto: ca. 2,6 Mio. € (Kostengruppen 300 + 400) � Projektkosten gesamt: 3,8 Mio. € � U-Werte: Außenwand 0,19 W/m2K; Dach 0,105 W/m2K; Kellerdecke 0,16 W/m2K; Fenster 0,75 W/m2K � Luftdichtheit (Blower-Door-Test): 0,8/h Gross floor area: 1479 m2 � Usable area: approx. 1000 m2 � Gross volume: approx. 4130 m3 � SA/V ratio: 0.423 � Gross construction costs: approx. 2.6 M € � Total project costs 3.8 M € � U-values: exterior wall 0.19 W/m2K; roof 0.105 W/m2K; floor above basement 0.16 W/m2K; windows 0.75 W/m2K � Airtightness (blower-door test): 0.8/h gung — die Vorgaben des KfW-40-Standards um mehr als 20 %. Als weiteren Vorteil der leimfreien Konstruktion nennen Bauherr, Architekten und Hersteller deren einfache Rückbaubarkeit. Die Massivholzelemente können rückwärts durch die Produktionsstraße im Werk geschickt und dabei wieder in ihre Einzelteile zerlegt werden. Gänzlich frei von Fremdmaterialien ist der Holzbau jedoch nicht: Die einzelnen Elemente sind untereinander verschraubt und die Geschossdecken mit Stahlwinkeln am Treppenhauskern und an den Fassaden angeschlossen. Ferner wurden an der Oberseite der Massivholzdecken Zugbänder aus Stahl integriert, um die erforderliche Biegefestigkeit der Elemente zu erreichen. halten. Letztendlich gelang es jedoch, für fast alle Bauteile geeignete Produkte zu finden, die die Siegel einschlägiger Prüf­ institute für Schadstoffarmut trugen. Kritisch waren hierbei weniger die Massivholz- und Betonbauteile als vielmehr die Bodenbeläge und Wandbeschichtungen, Türen und Fensterrahmen sowie die Installationsleitungen. Die Parkettböden sind auf ihrem Untergrund vernagelt (statt verklebt) und mit Leinöl versiegelt. Die Gipsfaserplatten an den Trennwänden enthalten einen Wirkstoff auf Keratinbasis, der wie ein Katalysator die Raumluft reinigt. Um dessen Wirkung nicht zu behindern, sind die Wände mit diffusionsoffenen Mineralfarben gestrichen. Sogar bei den Innentüren gelang es, ein leimfreies Produkt mit Zertifikat des Sentinel-Haus Instituts zu finden. Die Elektroinstallationen sind halogen- und PVC-frei; Sanitärund Heizleitungen bestehen aus Edelstahl- und Kupferrohren anstelle der heute oft gebräuchlichen Kunststoffverbundrohre. Ambitioniertes Brandschutzkonzept Im mehrgeschossigen Wohnungsbau in Deutschland sind unverkleidete Holzkonstruktionen bislang die große Ausnahme. Die Holzbaurichtlinien der Bundesländer verlangen für vier- bis fünfgeschossige Gebäude (Gebäudeklasse IV), dass Holzbauteile innen und außen mit nicht brennbaren Materialien ummantelt werden. Dies hätte dem Charakter des Woodcube jedoch diametral widersprochen, weshalb der Bauherr bei dem Darmstädter Ingenieurbüro Tichelmann & Barillas ein umfangreiches Brandschutzgutachten in Auftrag gab. Darin wiesen die Ingenieure nach, dass die Massivholzbauteile den geforderten 90-minütigen Feuerwiderstand nicht nur einhalten, sondern deutlich übertreffen. Der Grund liegt in der – aus statischen und bauphysikalischen Gründen ohnehin vorhandenen – Dicke der Bauteile. Die zur Aussteifung erforderlichen, äußeren Brettlagen der Massivholzelemente müssten erst abbrennen, bevor die Flammen den eigentlich tragenden Kern (in den Fassaden besteht dieser aus acht Zentimeter starken Tannenholzständern) erreichen. Bis es so weit ist, sind eineinhalb Stunden jedoch lange vorbei. Um eine Brandausbreitung in der Hinterlüftungsebene der Fassade zu verhindern, werden dort üblicherweise horizontale Brand­riegel in Form von (außen sichtbaren) Blechen eingebaut. Auch dies sollte bei dem Hamburger Massivholzhaus vermieden werden; hier ist der Hinterlüftungsraum daher durch horizontale und vertikale Latten in nur 50 ≈ 50 Zentimeter große Abschnitte geteilt. Diese Kleinteiligkeit bremst die Flammausbreitung ebenso wie die relativ diffusionsdichte Holzfaserdämmung, die den Eintritt von Rauchgasen aus der Wand in den Fassadenzwischenraum hemmt. Emissionsarm bis auf die Dachabdichtung Wie plant man ein gesundes Gebäude? Die scheinbar so einfache Frage ist alles andere als trivial, wie die Planer recht bald herausfanden. Unter den derzeit gebräuchlichen baubiologischen Bewertungssystemen erwies sich keines als umfassend genug, um für alle Detailfragen die geeignete Lösung bereitzu- 25 13 26 Wohngebäude in Hamburg 14Ansicht von Westen; links die ­Eingangsfassade 15Axonometrie des Holzbaus 16Konstruktions-Axonometrie (Decke über 4. Obergeschoss entfernt) — Beton — Holz — Stahl 17Energiebilanz gemäß Energieausweis 18Axonometrie des Technikmoduls in den Küchen mit Installationen und zentraler Steuereinheit 19Wohn-/Essbereich einer Erdgeschosswohnung 2014 ¥ 1 ∂Green 14West elevation; entrance facade is on the left 15Axonometric of the wood ­construction 16Axonometric of the wood construction (roof above 4th storey removed) — Concrete — Wood — Steel 17Energy balance according to the ­German energy certificate 18Axonometric of the building services module in the kitchen with services infrastructure and main controls 19Living/dining area of a ground floor apartment 14 Keine wirklich befriedigende Alternative am Markt gab es lediglich für die Dachabdichtung. Ein Produkt auf Kautschukbasis wäre verfügbar gewesen, doch die Planer trauten ihm nicht die erforderliche Lebensdauer zu. So fiel die Wahl letztlich auf bewährte, aber wenig umweltfreundliche Bitumenbahnen. Diese sind immerhin auf einer gesonderten OSB-Platte aufgebracht, damit die Massivholzdecke bei einem Rückbau der Dachbahn nicht beschädigt wird. 15 16 Dezentrale Lüftung, zentral gesteuert Energie für Heizung und Warmwasser bezieht der Woodcube aus dem zur IBA neu angelegten Nahwärmenetz in Wilhelmsburg-Mitte. Es wird ausschließlich aus regenerativen Quellen ­gespeist und bildet damit eine wichtige Grundlage für den ­exzellenten Primärenergiestandard des Hauses. Heizkörper übertragen die Wärme an die Raumluft. Zur Be- und Entlüftung verfügt jeder Raum über ein bis zwei ­dezentrale Fassadenlüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung. Diese waren nicht nur kostengünstiger als eine zentrale Lüftungsanlage mit entsprechendem Luftkanalnetz. Sie ermöglichten es auch, die Holzkonstruktion deutlich einfacher zu halten. Denn das Ziel von Bauherr und Architekten, Wände und Decken unverkleidet zu lassen, hätte lediglich eine Kanalführung im Fußbodenaufbau zugelassen. Dieser hätte dadurch erheblich an Aufbauhöhe gewonnen; außerdem wäre bei jeder Kanaldurchführung durch den Estrich eine Brandschutzklappe im Luftkanal erforderlich geworden. Ein wesentlicher Baustein im Energiekonzept ist die zentrale Steuerung der gesamten Haustechnik. In einem Schrankmodul in der Küche sind der Sicherungskasten, die Steigleitungen für Heizung und Elektro und ein Wärmemengenzähler für die Heizung zusammengefasst. Hier befindet sich auch die zentrale Steuereinheit jeder Wohnung, die die Lüfter, die Jalousien, die Stellmotoren der Heizkörper sowie die Fensterkontakte miteinander vernetzt. Das System regelt die Zuluftmenge automatisch abhängig vom CO2-Gehalt (und im Bad auch je nach Feuchtegehalt) der Raumluft und dreht selbsttätig Heizung und Lüftung ab, wenn ein Fenster geöffnet wird. Außerdem können die Bewohner – beispielsweise über einen Tablet-Computer – die Heizzeiten und einzelne Raumtemperaturen einstellen. Der Stromverbrauch an jeder Steckdose kann ermittelt und unterbrochen werden, und ganze Stromkreise lassen sich mithilfe des Systems abschalten, um Stand-by-Verbräuche und Elektrosmog zu vermeiden. Auch außerhalb der Wohnungen setzt sich das Stromsparkonzept fort: In den Gemeinschaftsbereichen wie Aufzug, Ein­ gangsbereich und Keller wurden ausschließlich LED-Leuchten installiert, der Aufzug verfügt über eine Bremsenergierückge­ winnung. Den Strombedarf dieser Anlagen wird künftig eine – noch zu i­nstallierende – 9-kWp-Photovoltaikanlage decken, die ∂Green 2014 ¥ 1 3 Nachhaltige Architektur aKüchenabluft (Umluft) bElektro/Sicherungen cHeizungs-Absperrventil und Wärmemengenzähler dzentrale Steuereinheit eElektro-Steigleitung fHeizungs-Steigleitung gKüchenzeile hOberschrank iKühlschrank Energiebilanz gemäß Energieausweis/ Energy balance according to German energy certificate • Heizwärmebedarf/Heating demand • Endenergiebedarf/Final energy demand • Primärenergiebedarf/Primary energy demand = Unterschreitung EnEV 2009 um/ exceeds EnEV requirements by = Unterschreitung KfW-40-Standard um/ exceeds KfW 40 standard by • CO2-Emissionen/CO2 emissions • spezifischer Transmissionswärmeverlust H'T/ specific transmission heat loss of the building envelope = Unterschreitung EnEV 2009 um/ exceeds EnEV requirements by 32,4 kWh/m2a 42,0 kWh/m2a 20,8 kWh/m2a –69,4 % –23,5 % 11,5 kg/m2a 0,263 W/m2K –47,3 % 17 18 den größten Teil des Dachs einnehmen wird. Zur Deckung ihres privaten Stromverbrauchs vermittelt der Bauherr den Wohnungskäufern Verträge eines Hamburger Ökostromanbieters. Diese – freiwillige – Option wurde bislang von allen Erstkäufern angenommen. Qualität hat ihren Preis Der letztlich realisierte Qualitätsstandard hinsichtlich Ökologie, Wohngesundheit und Wohnqualität geht deutlich über das hinaus, was 2010 im Wettbewerbsentwurf vorgesehen war. Mit dem Anspruch sind jedoch auch die Kosten gestiegen. Zur IBA wurde das Haus daher nicht länger als »Smart Price House«, sondern als »Smart Material House« vorgestellt. Die Kaufpreise der Wohnungen lagen bei über 4000 Euro je Quadratmeter und damit weit jenseits dessen, was in Hamburg-Wilhelmsburg bislang üblich war. 19 27 aKitchen exhaust ventilation bElectrical/fuses cHeating blocking valve and heat quantity counter d Main controls e Electricity rising main f Heating rising main gKitchenette h Upper cabinet iRefrigerator Die Preissteigerung kommt nicht von ungefähr: Der Projektentwickler beziffert allein die Forschungs- und Entwicklungskosten für den Neubau auf fast eine Million Euro. Die reinen Baukosten, so DeepGreen Development, hätten nur 5 —10 % über jenen eines konventionell errichteten Gebäudes gelegen — und das, obwohl die baubiologisch hochwertigen Ausbaumaterialien teils deutlich mehr kosteten als herkömmliche Alternativen. Im Gegenzug sind Bauherr und Architekten zuversichtlich, in Hamburg ein besonders langlebiges und wartungsarmes Gebäude realisiert zu haben. Je länger der Woodcube steht, desto mehr dürften sich die hohen Baukosten daher durch geringere Instandhaltungskosten relativieren. Auch für den Projektentwickler waren die hohen Entwicklungskosten eine Investition in die Zukunft: Bereits jetzt gibt es Anfragen von Interessenten, die mit dem hier verwendeten Bausystem eigene Projekte – vom Einfamilienhaus bis zum Pflegeheim – realisieren wollen. 28 Wohngebäude in Hamburg 2014 ¥ 1 ∂Green 20 21 The five-storey ‘Woodcube’ apartment building is part of a new housing development in the centre of the Hamburg district of Wilhelmsburg. The building was erected for the International Building Exhibition (IBA) in Hamburg in 2013. Although its design seems more reserved and introverted than most of its neighbours, it is in fact the single new building in the ensemble where the architects have most seriously tried to take ecological design to a higher level. The building is composed almost exclusively from wood – including the thermal insulation – with the exception of the basement level and the lift shaft. Furthermore, the construction itself is free of toxic glues, paints and solvents. All construction products were vetted with regard to building ecology; the project developer even ordered a life cycle analysis to be made for the building, considering not just its operation but also the construction and demolition phases. Heating, hot water and electricity supplies are carbon neutral, and the primary energy demand of the new-build exceeds the current legal requirements in Germany by nearly 70 %. This places the building at the ‘nearly zero energy’ standard, which will be required of all new buildings in Europe from 2021. Eight apartments, ranging in size from 79 to 185 m² can be found in the building; the selection spans between one-room apartments, to maisonettes, or penthouse apartments that cover the entire upper floor area. All the apartments have a north-south orientation, so that the bedrooms face north and the living rooms face south. The west, south and east facades are all very similar: the horizontal lines of the ventilated larch cladding is punctured by irregularly spaced black-framed windows and balcony doors, as well as small openings for the decentralised ventilation units. There is a contrast of materials between the building’s wood shell and the laminated safety glass balustrades of the almost 9 m2 balconies. The solid timber construction was erected within only three and a half weeks on the construction site. The structure consists of 31-cm-thick exterior wall elements, as well as 23.5-cm-thick floors aDecklage Fichte/Tanne bWärmedämmung Holzweichfaser caussteifende Brettlagen (vertikal, horizontal + diagonal) dtragender Kern (vertikal) eDübel Buchenholz a S pruce/fir layer b Softwood wood fibre thermal insulation c Structural bracing plates (vertical, horizontal + diagonal) d Load-bearing core (vertical) e Beechwood dowels 22 of glue-free dowelled cross-grained timbers, which were manufactured in the Black Forest. The ceiling elements span, column-free between the lift shaft and the exterior walls; the room and apartment partitions consist of light metal stud framing clad with gypsum fibreboard. On the balconies, the floors cantilever outwards from the building with neither breaks in the construction nor additional insulation. In spite of this, there is little heat loss due to thermal bridging, as the timber construction system used here (Holz 100) has a thermal conductivity of only 0.079 W/mK – a record-breaking value below all other solid building materials, and significantly better than solid softwoods (¬ = 0.13 W/mK). The manufacturer achieved these values by cutting grooves along the lengths of the individual boards before dowelling. This creates closed air pockets in the completed timber elements, thus improving the thermal insulation. The thermal insulation properties of the wood building system are evident on the facades: it only required 7 cm of additional softwood fibre insulation to achieve a U-value of 0.19 W/m²K. Thanks to this construction, the building has a heating demand of only 32 kWh/m²a; its airtightness according to the ‘blower-door’ test is 0.8 air changes per hour. The clients, architects and manufacturers claim that a further advantage of the glueless construction is the easy dismantling of the building. Great efforts were made to source healthy building materials. Inside the buildings, the parquet floors are nailed to their subfloors rather than being glued, and are impregnated with linseed oil. The gypsum fibreboards used for the partition walls contain a Keratinbased agent which acts as a catalyst to purify the air. The walls are painted with breathable mineral-based paints in order not to impede this effect. The electrical cabling is halogen and PVC-free; the plumbing and heating pipework is made of stainless steel and copper instead of the more common plastic tubes. The Woodcube is supplied with energy for heating and hot water by the local heating grid in Wilhelmsburg-Mitte which was newly installed for the IBA. The building is exclusively powered by regenerative energy sources which is the main reason for its excellent primary energy performance. Radiators transfer heat to the indoor air. Intake and exhaust ventilation for each room is provided by decentralised facade ventilation units equipped with heat recovery. These were not only more affordable than a centralised ventilation system with the requisite air duct network, but also made it possible to keep the construction simple. An essential element of the energy concept is the centralised control of all building services. A control box in the kitchen unit of each apartment regulates the ventilation, the blinds and the heating. The system automatically adjusts the air intake according to the CO2 content in the air (in the bathrooms according to moisture levels), and automatically switches the heating and ventilation off when a window is opened. Using a tablet computer, the inhabitants can adjust heating periods and room temperatures. ∂Green 2014 ¥ 1 a a aa a 3 Nachhaltige Architektur 20Montage des Rohbaus: Geschossdecke mit auskragender Balkonplatte (rechts) 21Außenwand (Fensteröffnung) im Rohbauzustand 22Axonometrie des Wandaufbaus 23Detailschnitt Fassade/Dach Maßstab 1:20 aDach (U = 0,10 W/m2K): Vegetationsschicht, 100 mm; Dränschicht, 20 mm; Schutzschicht; Filtervlies; Abdichtung bituminös, zweilagig; Dämmung PIR-T (WLG 024), 200 mm, im Gefälle; bituminöse Notabdichtung; Trennlage; OSB-Platte, 28 mm; Installationsebene, 40 mm; Decke Brettsperrholz, leimfrei verdübelt, 235 mm bAußenwand (U = 0,19 W/m2K): Rhombusschalung Rotzeder/Lärche, 26 mm; Lattung vertikal, 30/70 mm, dazwischen Brand­ riegel horizontal, 30/50 mm; Wandschalungsbahn, diffusionsoffen; Wärmedämmung Holzweichfaser, 40 mm; Schalung Fichte, 26 mm; Wärmedämmung Holzweichfaser, 36 mm; Wandelement Brettsperrholz, leimfrei verdübelt, 250 mm cTürsturz/Randbalken Massivholz, 200/300 mm dSonnenschutz Lamellenraffstores eLaibungsblech Aluminium-Sandwichelement fBalkontür: Dreifach-Wärmeschutzverglasung in Holz-/Aluminiumrahmen gBalkon: Holzdielen, 25 mm; Lagerhölzer, 75 mm; Bautenschutzmatte, 10 mm; Abdichtung, zweilagig; Gefälledämmung, 50 mm; Geschossdecke Brettsperrholz, leimfrei verdübelt, 235 mm hGeschossdecke: Dielenboden Eiche, 25 mm; Lagerhölzer, 25 mm; Filzauflager; Trockenestrich auf Zementbasis, 2≈ 22 mm, dazwischen Trennlage; Trittschalldämmung Holzweichfaser, 33 mm; Wabenschüttung, 60 mm; Folie (Rieselschutz); Decke Brettsperrholz, verdübelt, 235 mm iKellerdecke (U = 0,16 W/m2K): Fußbodenaufbau wie h); Dampfbremse; ­Wärmedämmung Holzweichfaser, WLG 040, 60 mm; Bodenplatte Stahlbeton, 220 mm; ­Wärmedämmung Steinwolle, 120 mm a c b d e c c c c i d f d dd h g ce e ee c d d f fff e h h hh h g g e gg f h f b b b bb i b i ii i 23 i i b g 29 g 20Assembly of the structural planes: intermediate floor with cantilevering balcony slab (right) 21Exterior wall/window reveal during construction 22Axonometric of the wall construction 23Section detail of the facade/roof Scale 1:20 aRoof (U = 0.10 W/m2K): Vegetation layer, 100 mm; drainage layer, 20 mm; protective layer; fleece filter; bituminous sealant, two coats; insulation PIR-T, 200 mm, laid to falls; bituminous temporary sealant; separating layer; OSB board, 28 mm; space for building service infrastructure, 40 mm; cross-grained timber element, dowelled (glue-free), 235 mm bExterior wall (U = 0.19 W/m2K): Red cedar/larchwood rhomboid cladding, 26 mm; vertical lathing, 30/70 mm, with horizontal firebreak inbetween, 30/50 mm; breather membrane; softwood fibre thermal insulation, 40 mm; spruce cladding, 26 mm; softwood fibre thermal insulation, 36 mm; wall element: crossgrained timber, dowelled (glue-free), 250 mm c Solid wood door lintel, 200/300 mm d Exterior blinds sun protection e Soffit plate: aluminium composite element fBalcony door: thermally insulated triple glazing in wood/aluminium frame gBalcony: Timber decking, 25 mm; floor battens, 75 mm; protection mat, 10 mm; sealant, two coats; tapered insulation, 50 mm; cross-grained timber element, dowelled (glue-free), 235 mm hIntermediate floor: Oak floor boards, 25 mm; floor battens, 25 mm; felt mat; cement-based dry screed, 2≈ s22 mm, separating layer inbetween; softwood wood fibre impact sound insulation, 33 mm; honeycomb infill, 60 mm; plastic sheet to prevent spillage; cross-grained timber element, dowelled (gluefree), 235 mm iFloor above basement (U = 0.16 W/m2K): Floor construction as in h); vapour barrier; softwood wood fibre thermal insulation, WLG 040, 60 mm; reinforced concrete floor slab, 220 mm; stone wool thermal insulation, 120 mm 30 Wohngebäude in Hamburg 2014 ¥ 1 ∂Green Ökobilanz und Ressourcen­ effizienz beim »Woodcube« Life cycle assessment and resource efficiency of the ­ Woodcube Joost Hartwig 1 Während der Planung erstellte die ina Planungsgesellschaft für den Woodcube eine Ökobilanz zur Abschätzung der Primärenergieverbräuche und der potenziellen Umweltwirkungen (z. B. der Beiträge zum Treibhauseffekt und zum Ozonabbau). Eine Ökobilanz betrachtet den gesamten Lebensweg eines Gebäudes und seiner Bauteile von der Rohstoffgewinnung über Herstellung, Betrieb, Instandhaltung, Entsorgung und Recycling bis zur endgültigen Beseitigung (»von der Wiege bis zur Bahre«). Die Ökobilanz wurde mit dem sogenannten vereinfachten Verfahren ermittelt, das die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) für die Gebäudezertifizierung entwickelt hat. Ergänzend wurde auch der Haushaltsstromverbrauch überschläAußenwand Massivholz/External wall, massive timber gig ermittelt und in die Bilanz einbezogen. Massivholzdecken mit Parkett/Intermediate floors,mit massive timber, with parquet Die Ökobilanz des Woodcube wurde derjenigen eines Referenzgebäudes verglichen, das Balkonplatten Massivholz/Massive timberebenfalls balconies im Bewertungssystem der definiert ist. Für dieses Referenzgebäude hat die DachDGNB Massivholz mit Flachdachaufbau/Massive timber roof with roofing DGNB die Umweltwirkungen der Konstruktion festgelegt, wähMassivholzdecken Bäder/Intermediate floors in bathrooms, massive timber rend für die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs das RefeInnentüren in Wohnungen/Interior doors inside apartments renzgebäude nach EnEV als Vergleichsmaßstab dient. Damit Wohungstüren/Apartment doors ­repräsentiert dieses Referenzbauwerk einen durchschnittlichen Terrassen Neubau nach derzeitigem gesetzlichem Standard. Der Woodcube hat damit eine nahezu ausgeglichene CO2-Bilanz in der Gebäudekonstruktion. Lediglich die am Standort Wilhelmsburg erforderliche, aufwendige Pfahlgründung verhindert eine vollständig ausgeglichene oder sogar negative CO2-Bilanz. Fernwärmeanschluss Ökobilanz der Gebäudekonstruktion Bei der Gebäudekonstruktion des Woodcube wirkt die massive Kellerdecke Eingangsbereich Das bedeutet, das gebundeHolzkonstruktion COx2-Speicher. Kleines Quadratfensterals 0,70m 0,70m während ne CO2 trägt Eingangstür 4,30m x 2,30m der Nutzungsphase nicht zum Treibhauseffekt bei. Durch die thermische Verwertung der Holzkonstruk­ Mittleres Quadratfenster 0,95m x 0,95m tion am Ende des Lebenszyklus lässt sich zusätzliche Energie Innenwände Keller gewinnen, die Energie aus anderen, nicht erneuerbaren Quellen Kellerdecke Bäder wirkt sich positiv auf das Treibhauspotenzial aus. ersetzt. Beides Kellerdecke Außenbereich (Eingang) Beim Woodcube gleichen die positiven Effekte des Holzes die Wohnungstrennwände vorhandenen Emissionen aus anderen Bauteilen, insbesondere aus den verbleibenden Stahlbetonbauteilen, aus (Abb. 2). Außenwand Treppenhauskern über Dach 432,05 Fazit zur Ökobilanz Der Woodcube ist kein Plusenergiehaus, sondern kann als Null562,56 CO2-Haus in Konstruktion und Betrieb bezeichnet werden. Dies 752,44 ist derzeit mit keiner anderen Bauweise erreichbar. Abb. 3 ver858,59 gleicht die CO2-Bilanz des Woodcube mit derjenigen des Refe1.136,10 renzgebäudes. Sichtbar wird dabei die ausgeglichene Bilanz 1.708,22 des Woodcube über den gesamten Betrachtungszeitraum. Hin1.750,95 gegen weist das Referenzbauwerk nicht nur in der Konstruktion eine ungünstigere Bilanz auf, sondern emittiert auch im Betrieb2.024,41 2.492,08 (Beheizung mit 50 % Erdöl und 50 % Erdgas) ständig CO2. Ein Vergleich in den anderen Wirkungskategorien der Ökobilanz 2.845,86 Kellertüren Ökobilanz des Gebäudebetriebs Maßgeblich für die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs sind die Wärmeversorgung des Gebäudes sowie der Stromverbrauch durch die Gebäudenutzer. Das Haus bezieht Heizwärme und Warmwasser aus dem Energieverbund Wilhelmsburg-Mitte, der zu 100 % aus erneuerbaren Energiequellen gespeist wird. Darüber hinaus könnte der Woodcube mittels einer Photovoltaik–82 808 (zurzeit noch nicht installiert) auf dem Dach jährlich anlage –45 385 Strom produzieren. Dies entspricht etwas 23 000 kWh Stunden mehr als dem jährlichen–22 Strombedarf im Gebäude. Überschüssi136 ger Strom wird in das Stromnetz –5548 eingespeist und in der Ökobilanz gutgeschrieben. Die Deckung des Strombedarfs über die –2197 Photovoltaikanlage und die Einspeisung des überschüssigen –608 Stroms gleichen die ohnehin geringen CO2-Emissionen aus der –176 Wärmebereitstellung über den Energieverbund aus. Der Wood0,00 cube hat somit auch im Betrieb eine ausgeglichene CO2-Bilanz. 302,90 3.091,97 Betondecke Treppenhaus Außenwand wall, massive timber Kellerdecke Massivholz/External mit Parkett Massivholzdecken mit Parkett/Intermediate floors, massive timber, with parquet Dach über Treppenhaus Balkonplatten Massivholz/Massive timber balconies Großes Quadratfenster 1,40m x 1,40m Dach Massivholz mit Flachdachaufbau/Massive Innenwand Treppenhaus zu unbeheiztem Keller timber roof with roofing Massivholzdecken Bäder/Intermediate floors in bathrooms, massive timber Innenwände in Wohnungen/Interior walls in apartments –82 808 3.438,10 –45 385 4.697,63 –22 136 5.240,39 –5548 –2197 Innentüren in Wohnungen/Interior doors inside apartments Terrassen-/Balkontüren 4,00m x 2,30m/Terrace/balcony doors, 4,00m x 2,30m –608 Wohungstüren/Apartment doors Aufzug/Elevator –176 Terrassen Wände Aufzugsschacht/Concrete walls of elevator shaft Kellertüren Kelleraußenwände/Exterior walls of basement (concrete) 6.050,48 7176 10 409 13 387 0,00 15 173 302,90 17 202 432,05 Fernwärmeanschluss Wand Treppenhaus/Concrete walls of stairwell 22 358 Kellerdecke Eingangsbereich Pfahlgründung/Foundation piles 24 026 Kleines Quadratfensterfloor 0,70m 0,70mbasement Bodenplatte/Concrete slabx under Eingangstür 4,30m x 2,30m Mittleres Quadratfenster 0,95m x 0,95m 2 Innenwände Keller 562,56 37 507752,44 858,59 –100 000 –80 000 –60 000 –40 000 –20 000 0 20 000 40 000 60 000 Treibhauspotenzial [kg CO2 -Äq.]/Global warming potential [kg CO21.136,10 eq.] 1.708,22 Kellerdecke Bäder 1.750,95 Kellerdecke Außenbereich (Eingang) 2.024,41 2 Treibhauspotential [kg CO2-Äq./m NGF a] 2 Global warming potential [kg CO2 eq./m a] ∂Green 2014 ¥ 1 3 3 Nachhaltige Architektur Joost Hartwig ist geschäftsführender Gesellschafter der ina Planungs­ gesellschaft in Darmstadt und Mitglied der Expertengruppe »Ökobilanzierung« der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB). 45 40 35 30 25 Joost Hartwig is managing partner at ina Planungs­ gesellschaft in Darmstadt, Germany, and a member of the expert group ‘Life Cycle Assessment’ of the German Sustainable Building Council (Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen, DGNB). 20 15 10 5 0 Gebäudebetrieb Building operation Gebäudekonstruktion Construction 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Woodcube Konventionelles Gebäude/Conventional building 45 50 Jahre Woodcube zeigt außerdem, dass die gute CO2-Bilanz des Woodcube nicht Konventionelles Gebäude auf Kosten anderer Umweltwirkungen erkauft ist (Abb. 4). Am Conventional building geringsten ist der Unterschied der beiden Gebäude beim Gesamt-Primärenergiebedarf. Hauptgrund hierfür ist der hohe ­Anteil an erneuerbarer Primärenergie (Holz) beim Woodcube. Ressourceneffizienz Das Konzept des Woodcube ist auch hinsichtlich der Einsparung nicht erneuerbarer Ressourcen und der Rezyklierbarkeit des Gebäudes am Ende des Lebenszyklus optimiert. Alle Bauteile, bei denen dies technisch möglich war, sind als Vollholzkonstruktion ausgeführt. Dies spart abiotische Ressourcen (Sand, Kies, Zement etc.), die z. B. bei einer mineralischen Bauweise verbraucht würden. Um eine maximale Recyclingfähigkeit zu erreichen, sind die Bauteilschichten grundsätzlich trennbar. Dadurch stehen die gebundenen Ressourcen am ­Ende des Lebenszyklus sortenrein zur Verfügung und können ggf. als Bauteil oder Baustoff wiederverwendet werden. Dies ist vor allem deshalb wichtig, weil die Massivbauweise mit der nachwachsenden Ressource Holz nicht besonders sparsam umgeht. Pro Quadratmeter Nettogrundfläche wurden im Woodcube fast 0,5 m3 Holz verbaut. Insgesamt waren es ca. 480 m3 Holz, was der Jahresproduktion von rund 64 ha Wald entspricht. Derzeit ist dies in Deutschland unproblematisch, da mehr Holz zur Verfügung steht, als verbraucht wird. Im Schnitt werden zwischen 2003 und 2042 ca. 78,2 Mio. m3 Rohholz jährlich geschlagen werden. Acht Prozent dieser Menge würden ausreichen, um das gesamte Neubauvolumen im Wohnungsbau (20 Mio. m2 in 2012) als Woodcube zu errichten. Künftig könnte aber, vor allem unter dem Aspekt der CO2-Speicherung und der Verfügbarkeit der Ressource Holz (Konkurrenz mit der Nutzung als Energieträger), die Nachnutzung von Bauelementen gegenüber der heute üblichen thermischen Verwertung an Bedeutung gewinnen. 120 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 90,5 % 80 % 70 % 60 % 50,9 % 40 % 35,0 % 20 % 0, % 1,3 % GWP 4 31 13,7 % 9,0 % ODP POCP AP EP 9,7 % PEne PEges Woodcube Konventionelles Gebäude/Conventional building Zielwert Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen/DGNB target value To estimate its primary energy consumption and its potential environmental impact, a life cycle assessment for the Woodcube was conducted according to the so-called ‘simplified procedure’ developed by the DGNB (German Sustainable Building Council) for building certification. Additionally, household electricity consumption was roughly estimated and included in the assessment. The results of the Woodcube were compared to those of a reference building according to the DGNB certification system. The latter represents an average new building constructed to the standard required by German law in terms of its operational energy demand. The massive timber construction of the Woodcube functions as a carbon sink during the building’s operational phase and, when burned as a fuel source at the end of the building’s life cycle, helps to reduce the use of fossil fuels for energy generation. Both of these effects counterbalance the existing emissions from the other building components, namely the reinforced concrete construction. The construction of the Woodcube almost has a neutral carbon balance (Figs. 2, 3.) The aspects primarily responsible for the environmental impact of the building’s operation are the heating, as well as the electricity consumption of the building users. The building draws its heat and hot water from the Wilhelmsburg-Mitte energy grid, which is completely generated from renewable energy sources. Furthermore, the Woodcube could produce 23, 000 kWh of electricity annually by means of a photovoltaic array on the roof (as yet, not installed). This amount corresponds to a little more than the annual electricity demand of the building. Surplus electricity will be fed back into the grid and would balance out the already low-carbon emissions resulting from the heating supplied by the energy grid, effectively making the Woodcube carbon-neutral during its operation phase. The Woodcube can thus be referred to as a ‘zero-carbon’ building in terms of construction and operation – a standard that cannot currently be achieved with any other form of construction. 1Blick in ein Wohngeschoss während der Bauphase 2Beitrag ausgewählter Bauteile zum Treibhauspotenzial des Gebäudes ­ (in absoluten Zahlen; dargestellt sind nur die Extremwerte) 3Entwicklung der CO2-Bilanz über einen Nutzungszeitraum von 50 Jahren 4Vergleich des Woodcube mit einem konventionellen Gebäude (100 %) in ­allen Wirkungskategorien der Ökobilanz (GWP = Treibhauspotenzial; ODP = Ozonabbaupotenzial; POCP = ­Sommersmogpotenzial; AP = Versauerungspotenzial; EP = Überdüngungspotenzial; PEne = Primärenergie nicht erneuerbar; PEges = Primärenergie ­gesamt) 1Interior view during the construction phase. 2Contribution of selected construction elements to the global warming potential of the building (in absolute figures) 3Development of the carbon balance over a 50 year period 4Comparison between the Woodcube and a (100 %) conventional building in all impact cate­gories of the life cycle assessment (GWP = Global warming potential; ODP = Ozone depletion potential; POCP = Photochemical ozone depletion ­potential; AP = Acidification potential; EP = ­Eutrophication potential; PEne = nonrenewable primary energy; PEges = total primary energy)
