Holzmodule aus der Fabrik: Ein Nullenergiehaus mit Startvorteil

• Die Zementherstellung steht für bis zu acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen.
• Als klimafreundlichere Alternative bietet sich Holz als Baustoff an.
• Für ein Nullenergiehaus in Boston kommen in der Fabrik gefertigte und vorkonfigurierte Holzmodule zum Einsatz.
• Im Wohnungsbau könnte das Verfahren aus mehreren Gründen eine neue Ära einläuten.

Ein fünfstöckiges Gebäude mit gemischter Nutzung im Bostoner Stadtteil Roxbury steht für eine neue Art von Nullenergiehaus aus Holz. Das Haus, das in Kürze Gestalt annehmen wird, könnte, soll, so hoffen die Planer, eine neue Bauweise für urbane Wohnbauten einläuten.

Die von den Architekten des MIT und der Design- und Baufirma Placetailor entworfene Struktur des fünfstöckigen Gebäudes wird aus Kreuzlagenholz (CLT) bestehen, das den Großteil der mit Standardbaumaterialien verbundenen Treibhausgasemissionen eliminiert. Es wird vor Ort hauptsächlich aus fabrikmäßig gefertigten Modulen zusammengebaut werden und so energieeffizient sein, dass seine Netto-Kohlenstoffemissionen etwa gleich Null sein werden.

Nullenergiehaus: Nicht nur auf den Betrieb schauen

Die meisten Versuche, den Beitrag eines Gebäudes zu den Treibhausgasen zu quantifizieren, konzentrieren sich auf den Gebäudebetrieb, besonders auf seine Heiz- und Kühlsysteme. Aber auch die beim Bau eines Gebäudes verwendeten Materialien wie Stahl und Beton, stellen wichtige Quellen von CO2-Emissionen dar. Auch sie gilt es, in jeden realistischen Vergleich verschiedener Bauarten einzubeziehen.

Der Holzbau beschränkt meist auf Einfamilienhäuser oder kleinere Mehrfamilienhäuser mit nur wenigen Einheiten, was seine Vorteile im städtischen Umfeld nur eingeschränkt zum Tragen kommen lässt. Doch die jüngsten Entwicklungen — die Herstellung von großformatigen Holzbauteilen, die als Massivholz bekannt sind, die Verwendung von Techniken wie Brettsperrholz und Änderungen in den US-Bauvorschriften — machen es nun möglich, Holz für viel größere Gebäude mit bis zu 18 Stockwerken anzuwenden

Mehrere neuere Gebäude in Europa haben diese Grenzen überschritten, und nun nehmen auch in den USA einige größere Holzgebäude Gestalt an. Das neue Projekt in Boston wird eines der bisher größten derartigen Wohngebäude in den USA sein, das dank seiner Bauweise auch zu den innovativsten gehört.

Wohnen und Arbeiten im Nullenergiehaus

Das Nullenergiehaus in Boston, als Passivhaus-Demonstrationsprojekt beschrieben, wird aus 14 Wohneinheiten unterschiedlicher Größe bestehen, zusammen mit einem Raum für Co-Working im Erdgeschoss. Das Gebäude wurde von Generate Architecture and Technologies, einem Start-up-Unternehmen des MIT und der Harvard University, unter der Leitung von John Klein, in Partnerschaft mit Placetailor entworfen, einem Design-, Entwicklungs- und Bauunternehmen, das sich seit mehr als einem Jahrzehnt auf den Bau von null Energie- und kohlenstoffneutralen Gebäuden im Raum Boston spezialisiert hat.

Klein, der ein führender Wissenschaftler in der Architekturabteilung des MIT war und jetzt als CEO von Generate fungiert, sagt, dass große Gebäude aus Massenholz und mit dem von ihm und seinen Kollegen entwickelten Teilebausatz eine Reihe potenzieller Vorteile gegenüber konventionell gebauten Strukturen ähnlicher Dimensionen haben. Zunächst einmal betragen selbst unter Berücksichtigung der Energie für Fällen, Transport, Zusammenbau und Zurichtung der Bauholzstücke aufgewendet wird, die gesamten CO2-Emissionen weniger als die Hälfte jener eines vergleichbaren Gebäudes aus konventionellem Stahl oder Beton. Klein wird zusammen mit Mitarbeitern des Ingenieurbüros BuroHappold Engineering und der ökologischen Marktentwicklungsfirma Olifant eine detaillierte Analyse dieser Vergleiche von Lebenszyklus-Emissionen im Laufe dieses Jahres auf der jährlichen Konferenz für passive und Niedrigenergie-Architektur (PLEA) in La Coruña, Spanien, präsentieren, deren Thema in diesem Jahr „Planung von Städten nach dem Kohlendioxidausstoß“ lautet.

Im Vergleich zu Stahl und Beton weniger Emissionen durch Holz

Für diese Studie modellierten Klein und seine Koautoren neun verschiedene Versionen eines achtstöckigen Massen-Holzgebäudes sowie eine Stahl- und eine Betonversion des Gebäudes, die alle den gleichen Gesamtumfang und die gleichen Spezifikationen aufweisen. Ihre Analyse ergab, dass die Materialien für das Stahlgebäude die meisten Treibhausgasemissionen verursachten; die Betonversion produzierte 8 Prozent weniger, und eine Version des Holzgebäudes produzierte 53 Prozent weniger.

Die erste Frage im Kontext der Idee, hohe Bauwerke aus Holz zu errichten, lautet: Wie sieht es mit dem Brandschutz aus? Dies sei gründlich untersucht worden sei, so Klein. Ein Holzgebäude, so haben Tests gezeigt, behalte seine strukturelle Stärke länger als ein vergleichbares Gebäude mit Stahlrahmen. Denn die großen Holzelemente, die typischerweise 30 cm dick oder dicker seien, entstehen durch Verleimung mehrerer Lagen konventionell dimensionierter Hölzer. Diese verkohlen an der Außenseite, werden sie dem Feuer ausgesetzt, aber die verkohlte Schicht isoliert effizient und schützt das Holz für einen längeren Zeitraum. Stahlgebäude können dagegen plötzlich kollabieren, wenn sich die Temperatur des Feuers dem Schmelzpunkt des Stahls nähert und diesen erweicht.

Module werden in der Fabrik vorgefertigt

Das von Generate und Placetailor entwickelte Bausatz-Konzept, als Modell-C bezeichnet, läuft darauf hinaus, beim Entwurf eines neuen Gebäudes eine Reihe vorkonfigurierter Module verwenden zu können, die auf unterschiedliche Weise für vielgestaltige Strukturen und Einsatzmöglichkeiten zusammengesetzt werden, ähnlich wie beim Zusammenbau von Lego-Blöcken. Diese Untereinheiten lassen sich in Fabriken standardisiert fertigen und dann mit einem Lastwagen zur Baustelle transportieren und verschrauben. Damit ist man von den Wetterverhältnissen unabhängig; ein Großteil der Herstellung findet in Innenräumen statt, während sich die Bauzeit vor Ort verkürzt. „Es ist eine Möglichkeit, diese Art von Projekten durch ein standardisiertes System schnell zu realisieren“, sagt Klein.

Da die dicken Holzbauteile von Natur aus sehr gut isolieren, sei der Energiebedarf des Roxbury-Gebäudes für Heizung und Kühlung im Vergleich zur konventionellen Bauweise geringer, sagt Klein. Sie bieten auch eine sehr gute akustische Isolierung für die Bewohner. Darüber hinaus ist das Gebäude mit Sonnenkollektoren auf dem Dach ausgestattet, was dazu beiträgt, den Energieverbrauch des Gebäudes auszugleichen.

Gebäude in Boston ist das erste Demonstrationsobjekt für das neue System

Das Team erhielt 2018 einen Innovationszuschuss für Holz vom U.S. Forest Service, um ein auf Holz basierendes System für mittelgroße Wohnanlagen zu entwickeln. Das neue Nullenergiehaus in Boston wird das erste Demonstrationsprojekt für das von ihnen entwickelte System sein.

„Es ist wirklich ein System, kein einmaliger Prototyp“, sagt Klein. Mit der Montage der fabrikmäßig gebauten Module vor Ort, zu denen auch vollständig montierte Badezimmer mit den entsprechenden Leitungen gehören, kann die Grundstruktur des Gebäudes seiner Meinung nach in nur etwa einer Woche pro Etage fertiggestellt werden.

„Wir sind uns alle der Notwendigkeit eines sofortigen Übergangs zu einer CO2-freien Wirtschaft bewusst, und der Bausektor ist ein Hauptziel“, sagt Andres Bernal, SM ’13, Placetailor’s Architekturdirektor.

US-Baunormen erlauben jetzt Holzgebäude mit bis zu 18 Stockwerken

Da die US-Baunormen jetzt Massiv-Holzgebäude mit bis zu 18 Stockwerken zulassen, hofft Klein, dass dieses Gebäude die Holz- oder Hybridbauweise erblühen lasse. Das könne dazu beitragen, einen Markt für eine groß angelegte nachhaltige Forstwirtschaft sowie für nachhaltigen Wohnraum zu schaffen. Das Verfahren sei bei Gebäuden mit acht bis 12 Stockwerken eine ernsthafte Alternative gegenüber Beton und Stahl. So entstandene Gebäude, fügt er hinzu, dürften vor allem für die jüngere Generation sehr attraktiv sein, für die Nachhaltigkeit sehr wichtig sei. Boston wolle Tausende Wohnungen errichten und CO2-neutral zu werden.

Zum Projektteam gehörten Evan Smith und Colin Booth von Placetailor Development; zusätzlich zu Klein, Zlatan Sehovic, Chris Weaver, John Fechtel, Jaehun Woo und Clarence Yi-Hsien Lee von Generate Design; Andres Bernal, Michelangelo LaTona, Travis Anderson und Elizabeth Hauver von Placetailor Design; Laura Jolly und Evan Smith bei Placetailor Construction; Paul Richardson und Wolf Mangelsdorf bei Burohappold; Sonia Barrantes und Jacob Staub bei Ripcord Engineering; und Brian Kuhn und Caitlin Gamache bei Code Red.

Bild: Der Blick von der Straße zeigt das neue, fünfstöckige Wohngebäude mit 14 Wohnungen, eines der größten Wohngebäude mit Massivholz. Bild: Generate Architecture and Technologies

Weitere Informationen: http://web.mit.edu/, https://www.placetailor.com/ und https://generatetechnologies.com/

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