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Zukunftsfähig

Holz und Holzwerkstoffe in der energetischen Gebäudemodernisierung

Frank Lattke
Erschienen in
Zuschnitt 34: Schichtwechsel
Juni 2009, Seite 9ff.

Erweiterung

 

Bauen im Bestand – Potenzial für den Holzbau

Bauen mit Holz und biogenen Baustoffen bietet bei der Gebäudemodernisierung zahlreiche Lösungen für die wirksame Reduktion des Gesamtenergieverbrauchs zur Erreichung der globalen Klimaschutzziele. Die dicht besiedelten Stadträume haben kaum noch Flächen für Neubauten. In den Kernstädten bieten bestehende Gebäude ein großes Potenzial zur Modernisierung und Nachverdichtung.1 Ein Großteil des Baubestands, insbesondere der Wohnbau, ist im Betrieb aufwendig, energetisch unzulänglich und entspricht nicht mehr den Bedürfnissen seiner Nutzer. 

Diese Tatsachen eröffnen große Chancen für den Holzbau, denn der Zustand und vor allem die unzulängliche energetische Qualität der Bauten erfordern eine umfassende und integrale Modernisierungsmethode.

Einer der Hauptbeiträge zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes in die Atmosphäre ist die Verringerung des Heizwärmebedarfs von Bestandsgebäuden durch eine erhebliche Verbesserung der Dämmung der Gebäudehülle. Der Großteil des Gebäudebestands liegt mit einem Heizwärmebedarf von 250 bis 300 kWh/m2a weit über den gesetzlichen Richtwerten, ganz zu schweigen von der Effizienz eines Passivhauses, das im Neubau Stand der Technik ist.

Die derzeit angewendeten Methoden zur energetischen Sanierung der Gebäudehülle stammen aus dem Neubaubereich und sind zu wenig spezifisch für die gestellte Aufgabe. Handwerkliche, unergonomische Arbeitsweisen und die Verwendung von umweltbelastenden Dämm- und Werkstoffen wirken sich ebenso negativ aus wie die Tatsache, dass der Zuschnitt und die Verarbeitung auf der Baustelle mit hohen Staub- und Lärmemissionen, einem hohen Verschnitt- und Verschmutzungsgrad, einer Störung des Wohnumfeldes sowie unkontrollierbaren Stoffströmen von und zur Baustelle verbunden sind. Der Anteil an grauer Energie, der bereits in jedem Baumaterial steckt, wird durch diese uneffiziente Arbeitsweise für das gesamte Bauwerk zusätzlich erhöht.

Bekanntermaßen werden zur energetischen Sanierung der Gebäudehülle vorwiegend Dämmstoffe aus Mineralfaser oder PUR-Schäumen verwendet. In der Lebenszyklusbetrachtung weisen diese Materialien einen hohen Anteil an grauer Energie auf, die Frage einer umweltfreundlichen Entsorgung ist bisher nicht geklärt. In diesem Zusammenhang stellen vorgefertigte Systeme und der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen derzeit eine marginale Ausnahme dar.

Der Holzbau bietet aufgrund der Möglichkeit der Vorfertigung und der damit verbundenen kurzen Bauzeiten, des geringen Gewichtes, der positiven CO2-Bilanz und des ökologischen Profils große Vorteile gegenüber anderen Baustoffen für das Bauen im Bestand.

Unter der ganzheitlichen Betrachtung der Energiekreisläufe erlangen biogene Baustoffe, insbesondere Holz und seine vielfältigen Sekundärprodukte, aber erst dann größere Bedeutung, wenn es gelingt, geeignete Bausysteme anzubieten.

Im Bestand sind Bauweisen gefragt, die wirtschaftlich, schnell, störungsarm und präzise umgesetzt werden können. Der Holzbau bietet dazu in unterschiedlichen Vorfertigungsstufen Lösungen an. Rationalität und Präzision bestimmen den Herstellungsprozess; standardisierte, optimierte und überwachte Fertigungsabläufe ermöglichen einen kontrollierten und hohen Qualitätsstandard.

Weiterbauen – Metamorphose der Architektur

Neben der Erfüllung der baurechtlichen Vorgaben, der ökonomischen und technischen Ziele der umfassenden Modernisierung ist der Eingriff in den Bestand stets eine Veränderung der äußeren Erscheinung eines Gebäudes. Das ist die Chance, bestehende bauliche Strukturen mit Lösungen aufzuwerten, die einen hohen gestalterischen Anspruch haben. Dem Holzbau als leichter Bauweise bieten sich für diese Aufgabe vielfältige Einsatzmöglichkeiten – vom Ersatz einzelner Bauteile bis hin zu räumlichen Ergänzungen und Erweiterungen mit Raumzellen.

Unter Beachtung der baurechtlichen und konstruktiven Anforderungen (Brandschutz, Erdbebensicherheit, Schallschutz, Standsicherheit des Bestandes, Baugrund/ Setzungen, Gebäudeklassen/ Baurecht, Abstandsflächen, Parkplätze) können folgende Interventionen im Bestand unterschieden werden:

Vorgefertigte Gebäudehülle für die Bestandsmodernisierung

Hochwärmegedämmte Holzelemente, die in kurzer Zeit vor Ort montiert werden können, stellen eine interessante Alternative zu den gängigen Methoden der energetischen Sanierung der Gebäudehülle (Wärmedämmverbundsysteme aus Styropor oder Mineralwolle, Elementfassaden aus Aluminium oder Stahl) dar. Dabei ist die maximale Vorfertigung Prämisse für die Herstellung möglichst großer Elemente, die in unterschiedlicher Weise auf die Gebäudegeometrie und die räumlich konstruktive Struktur reagieren: vom hochwärmegedämmten Tafelelement bis zur Raumzelle für die Erweiterung.

Die unterschiedlichen Vorfertigungsstufen bestimmen den Fertigungsgrad, in dem ein Bauelement die Werkstatt verlässt und auf der Baustelle montiert wird.

Ausgehend von den lastabtragenden und statisch wirksamen Bauteilen (Balken, Platte) unterscheidet man verschiedene Fertigungsstufen: vom Abbund einzelner Bauteile über die Herstellung von ungedämmten Tafelelementen bis zu fix fertigen Wand-, Decken- und Dachelementen, die sowohl sämtliche Bauteilschichten als auch die Fenster enthalten. Raumzellen sind im Werk gefügte Module aus Decken- und Wandelementen mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad, die einbaufertig auf die Baustelle transportiert und dort zusammengesetzt werden. Die Wahl der jeweiligen Stufe ist abhängig von der Bauaufgabe und den technischen Möglichkeiten.

Die Verwendung vorgefertigter Bauelemente erspart lange Bauzeiten vor Ort und führt damit zu weniger Störungen der Betriebsabläufe oder des Wohnumfeldes. Denn es sind neben dem Wohnbau gerade auch die öffentlichen Gebäude wie Schulen, Kindergärten und Verwaltungsbauten, die im Betriebszustand saniert werden müssen. Hier hat der Einsatz möglichst komplett vorgefertigter Elemente entscheidende Vorteile. 

Prinzipiell kann man je nach Dimension und Montagerichtung zwischen horizontalen, vertikalen und raumbildenden Elementen unterscheiden.

Analog zum Holzrahmen- oder -tafelbau besteht ein Element für die energetische Modernisierung aus der statisch wirksamen Tragstruktur (z. B. KVH, BSH oder Stegträger), der Dämmebene, der Beplankung (u. U. statisch und/oder brandschutztechnisch wirksam), der wind- und/oder luftdichten Ebene und einer Bekleidungsebene.

Die konstruktive, lastabtragende Struktur ermöglicht das Anbringen zusätzlicher Lasten (z. B. Balkone) und den Einsatz vielfältiger Bekleidungssysteme und -werkstoffe (Holz, Holzwerkstoffe, Glas, Metall etc.).

Analog zum Neubau gelten die baurechtlichen Brandschutzbestimmungen, die die Anwendung von Holz und Holzwerkstoffen auch in den Gebäudeklassen 4 und 5 unter Berücksichtigung der allgemeinen Schutzziele möglich machen. Dabei gilt es insbesondere darauf zu achten, dass Hohlräume vermieden werden und die Befestigung in entsprechender Feuerwiderstandsdauer ausgebildet ist, sodass im Brandfall eine Gefährdung durch das Herabfallen größerer Teile ausgeschlossen ist.

Der Einbau von Fenstern, Pfostenriegelfassaden oder Sonderelementen wie z. B. solaraktiven Fassaden (Lucido®, gap solution) oder Komponenten (Photovoltaik, Solarthermie) ist aufgrund der jeweiligen Modulgrößen und der verwendeten orthogonalen Konstruktionssystematik kompatibel mit der Holzbauweise und gut in das vorgefertigte Bauelement integrierbar.

Inwieweit der Einbau dieser Elemente in der Vorfertigung sinnvoll ist, hängt von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Situation ab. Für ein vorgefertigtes Tafelelement mit integrierten Komponenten und bereits fertigen Oberflächen steigt der Anspruch an die Präzision und an den kontrollierten Umgang mit Toleranzen und Ausgleichsmöglichkeiten. Durch die jahrzehntelange Erfahrung bei der Trennung von Fertigung und Baustellenmontage hat der moderne Holzbau in diesem Bereich hervorragende Qualität entwickelt.

Die vorgefertigten Holzbauelemente müssen maßhaltig gefertigt werden und in ihrer Dimension exakt auf die bestehende Situation passen. Insbesondere die Außen- und die Fensterkanten sollten annähernd deckungsgleich sein, denn je besser die Elemente passen, desto weniger sind zeit- und kostenaufwendige Nacharbeiten auf der Baustelle notwendig. Damit steigt der Anspruch an eine exakte und verformungsgerechte Bestandserfassung. 

Moderne Messtechniken (Fotogrammetrie und Laserscan) liefern präzise ermittelte Daten der Gebäude für ein 3D-Modell als Grundlage für die Planung, Vorfertigung und die Montage.

Im Zeitalter digitaler, dreidimensionaler Planung ist die reibungslose Weitergabe der Daten grundlegende Vorraussetzung für das professionelle Zusammenspiel der einzelnen Beteiligten am Bau.

Fazit 

Der Holzbau bietet vielfältige Lösungen für das Aufgabengebiet der Zukunft: die Modernisierung und das Weiterbauen des Bestandes. Vom einfachen Grundelement über die Integration technischer Komponenten bis zu kompletten Raumzellen für Aufstockungen oder Anbauten liegen die Vorteile in der mühelosen Adaptierbarkeit einzelner Bauteile, der schnellen Bauzeit vor Ort und der damit verringerten Störung insbesondere im laufenden Betrieb sowie des gesamten Baustellenumfeldes. 

Dem Holzbau steht ein großes Aufgabenfeld offen, wenn es gelingt, durch Qualität und Präzision zu überzeugen und die Kompetenz aus dem Neubaubereich auf die Modernisierung zu übertragen. Ökologie und Wirtschaftlichkeit sind dabei ganzheitlich über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes darzustellen.

TES EnergyFacade2 ist ein laufendes internationales Forschungsprojekt an der TU München mit dem Ziel, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie die Vorteile des modernen, vorgefertigten Holzbaus auch für die energetische Modernisierung der Gebäudehülle genutzt werden können. Am Ende des Projektes steht ein Detailkatalog mit grundlegenden Prinzipien der Konstruktion und der digitalen, lückenlosen Prozesskette von der Bestandserfassung mittels Fotogrammetrie, Tachymetrie und 3D-Laserscanning über die Planung und Vorfertigung bis zur Montage. Die systematisierten Grundlagen der Anwendung vorgefertigter Holzbausysteme für die energetische Modernisierung werden für den Planer und das Holzbauhandwerk aufbereitet und anhand bereits gebauter Beispiele veranschaulicht.  

1 vgl. Ford-Siedlung Köln; Dietrich Fink, Wachstum nach Innen, TU München  '
2 TES EnergyFacade (timberbased element system for improving energy efficiency of the building envelope) ist ein europäisches Forschungsprojekt, ausgeschrieben von WoodWisdom-Net, gefördert vom BMBF unter der Projektleitung der TU München, Laufzeit 2008/2009.

Zunahme der notwendigen Präzision

Text

Frank Lattke
ist selbstständiger Architekt in Augsburg und Partner im Europäischen Forschungsprojekt leanWOOD.
www.lattke-architektur.de

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