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Schlagwort: klimagerechtes Bauen

  • Hitzeinseln schon in der Planung verhindern

    Hitzeinseln schon in der Planung verhindern

    Die Klimaveränderungen machen insbesondere im Sommer den Städten zu schaffen. «Hitzeinsel» ist zum allgegenwärtigen Thema geworden. Wer grössere Quartiere plant, kann einen Hitzestau jedoch vermeiden. Entscheidend dafür sind eine auf die Umgebung abgestimmte Setzung der Gebäude, die Wahl der Materialien von Fassaden und Aussenflächen, Grünflächen sowie eine geschickte Beschattung. Die Auswirkungen dieser Faktoren sollten eigentlich schon in einer frühen Planungsphase berücksichtigt werden. Dafür allerdings müssten Architektinnen und Architekten Computermodelle beiziehen, die die Auswirkung der entscheidenden Faktoren für einen bestimmten Ort berechnen können. Das Problem der bestehenden Modelle: Die Berechnung ist zeit- und kostenintensiv. Deshalb wird auf ihren frühzeitigen Einsatz meist verzichtet. Die Hochschule Luzern (HSLU) hat nun eine neue interaktive Quartierklima-Modellierung (QKM) entwickelt, die sich auf die phasengerechten Informationen beschränkt und in Sekundenschnelle Resultate liefert. Finanziert wurde das Projekt durch die Stiftung Infinite Elements sowie die HSLU.

    In der Planungsphase muss es schnell gehen
    Für bauliche Grossprojekte bewerben sich Architekturbüros normalerweise in einem aufwändigen Wettbewerbsverfahren unter hohem Zeitdruck. «Sie müssen eine Vielzahl von Anforderungen in ihrem Entwurf berücksichtigen, eine ist davon das Mikroklima», erklärt Simulations-Experte Prof. Markus Koschenz von der Hochschule Luzern. Hohe Kosten und zweitägige Wartezeiten lägen in dieser kreativen Arbeitsphase für die Architektinnen und Architekten gar nicht drin. Genau dies hätten sie aber bisher in Kauf nehmen müssen, wenn sie die komplexen Berechnungen einbeziehen wollten. Was also, wenn man ein Wettbewerbsprojekt gewinnt und erst dann feststellt, dass die Gebäudesetzung unglücklich gewählt wurde? Die Jury hat sich ja für die vorgeschlagene Lösung entschieden; fundamentale Anpassungen sind in der Phase nach der Juryentscheidung nicht mehr vorgesehen – auch wenn die nachträgliche Berechnung des Mikroklimas dies nahelegen würde. Kurz, das Dilemma ist auf diesem Weg nicht lösbar. Nun machen die wärmeren Sommertemperaturen den Menschen heute schon zu schaffen. Die Erwärmung in den kommenden Jahren und Jahrzehnten wird zunehmen, was gerade für ältere Menschen lebensgefährlich sein kann. Und Überbauungen, die jetzt in Planung sind, werden auch in fünfzig Jahren noch stehen. Dies alles bei der Planung zu ignorieren, scheint fahrlässig.

    Resultate in Sekundenschnelle
    «Gefragt ist ein Instrument zur Berechnung des Mikroklimas, das kostengünstiger ist und vor allem sehr schnell Resultate liefern kann», sagt Koschenz. Sein Kernteam mit Andrii Zakovorotnyi, Reto Marek und einem externen Revit-Spezialisten hat dieses Instrument an der Hochschule Luzern entwickelt. Er erklärt: «Bestehende Verfahren benutzen allgemeingültige Instrumente der Computational Fluid Dynamics (CFD). Mit diesen Instrumenten lassen sich von Spezialisten Maschinen entwickeln, Strömungen an Flugzeugen untersuchen oder das Mikroklima in Quartieren bestimmen. Sie sind mächtig aber auch entsprechend aufwändig. Unser Modell konzentriert sich auf den Aspekt des Quartierklimas und wir arbeiten mit schnell rechnenden Algorithmen», begründet Koschenz den frappanten Unterschied in der Berechnungsgeschwindigkeit. So dauert es Sekunden oder höchstens wenige Minuten, bis die Auswirkungen einer Änderung berechnet sind. Das Tool könne ab dem ersten Schritt im Planungsprozess durch die Planenden selbst eingesetzt werden. Man kann damit zum Beispiel mit wenig Aufwand zwei Varianten der Fassadengestaltung oder der Bepflanzung mit Bäumen in einem Innenhof vergleichen. Und dies nicht nur für einen Sommertag, sondern für eine ganze Sommerperiode.

    Überprüfung des Modells mit Messungen
    Die Informationen zu den geplanten Gebäuden, ihrer Position, den verwendeten Materialien oder die Art und Position von Grünflächen und Bäumen bezieht die interaktive Quartierklima-Modellierung aus dem Planungstool Revit, das bereits in Architektur- und Landschaftsplanungsbüros eingesetzt wird. Daraus berechnet das physikalische Modell die Auswirkung von Strahlung, Schatten, Wärmespeicher-Eigenschaften der Materialien, Luftströmung, Vegetation und Tageszeit auf das Quartierklima. Bilder mit Farbskalen zeigen intuitiv verständlich die Resultate an.  

    Den Beweis, dass das Modell richtig funktioniert, hat Koschenz’ Team mit Messungen im Suurstoffi-Quartier in Rotkreuz erbracht und die Resultate auch mit denen bestehender kommerzieller Software verglichen. Koschenz ist mir den Resultaten überaus zufrieden: «Wir können sagen: Die Übereinstimmung sowohl mit den Messungen als auch mit den Ergebnissen anderer Software war hoch. Damit ist unser Tool bei gleicher Genauigkeit viel schneller».

  • «co-operate» – ein Modell für klimagerechtes Bauen

    «co-operate» – ein Modell für klimagerechtes Bauen

    Was den schonenden Umgang mit Ressourcen und die Reduzierung des CO2-Ausstosses betrifft, soll der Campus, der auf dem Empa-Areal in Dübendorf Gestalt annimmt, durchaus ein Musterschüler werden – vom Scheitel bis zur Sohle, von den Dächern bis in 100 Meter Tiefe, wo die Erdsonden eines einzigartigen experimentellen saisonalen Energiespeichers enden. Im Sommer wird in diesen «Röhren» die Abwärme etwa von den Kältemaschinen, Lüftungen und Laborgeräten gespeichert, um sie dann im Winter zum Heizen oder für die Produktion von Warmwasser zu nutzen. Das Ziel: den CO2-Ausstoss der Gebäude auf dem gesamten Campus auf ein Minimum senken und zugleich diese innovative Technologie für eine nachhaltige Energiezukunft erkunden.

    Den Ausstoss von Treibhausgasen minimieren: Dieser Anspruch prägt auch die Konstruktionen des neuen Campus. Das dreistöckige Gebäude rechter Hand der Einfahrt ist ein einzigartiges «Holz-Beton-Parkhaus», dessen Decken eine anspruchsvolle Konstruktion aus Fichtenträgern und -platten mit Betonüberzug sind. Durch diese Hybridbauweise liess sich die Dicke der Betonschichten laut dem Bauunternehmen Implenia auf rund ein Drittel reduzieren. Eine deutliche Einsparung also beim «Klimasünder» Zement: Rund 9’300 m2 Betonrippendecken wurden mit Holzbalkendecken ersetzt – auch ein Beitrag zum aktuellen Trend, Beton, wo möglich und sinnvoll, zum grossen Teil mit Konstruktionen aus Holz zu ersetzen.

    Anspruchsvoll bei diesem Vorhaben war laut Kevin Olas, Leiter «Immobilien» der Empa, unter anderem die geschickt unauffällig integrierte Installation von Beleuchtung, Elektrotrassen und Abwasserleitungen, um die Ästhetik dieser raffinierten Hybridkonstruktionsweise nicht zu beeinträchtigen. Zudem musste die Planung auch künftige Aspekte berücksichtigen: Das Parkhaus wurde mit Blick auf den Klimawandel in Modulbauweise aus demontierbaren Fertigteilen geplant – mit Blick in eine fernere Zukunft, in der die individuelle Mobilität womöglich eine geringe Rolle spielt als heute. Dann liessen sich Teile des Bauwerks auch zu Werkstätten oder für andere Zwecke umwidmen.

    Urin als Rohstoff für Dünger
    In dieser Zukunft wird auch umweltfreundliche Kreislaufwirtschaft das Bauen bestimmen: Nicht nur Stahl, Beton oder Holzelemente lassen sich klimaschonend wiederverwerten, sondern auch menschliche «Rohstoffe». Beispiel Urin: Im grossen Laborgebäude im Zentrum von «co-operate» sind «NoMix»-WCs installiert, die Fachleute des Wasserforschungsinstituts Eawag in den vergangenen Jahren entwickelt haben. Ohne die gewohnte Benutzung zu verändern, trennen sie den menschlichen Urin vom so genannten Schwarzwasser aus Fäkalien, Spülwasser und Toilettenpapier.

    Weil der Urin wertvolle Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium enthält, lässt er sich nutzen, um Dünger für die Landwirtschaft herzustellen. In einem eigens entwickelten Verfahren der Eawag wird das Rohmaterial im Kellergeschoss des NEST-Gebäudes zunächst mit einem biologischen Prozess stabilisiert und verliert so den strengen Geruch. Ein Aktivkohle-Filter entfernt sämtliche Medikamentenrückstände, bevor die Flüssigkeit schliesslich eingedampft wird – zu einem hochwertigen Dünger namens «Aurin», den der Eawag-Spin-Off Vuna GmbH vermarktet. Aus 1000 Litern Urin entstehen 100 Liter von diesem Dünger, der seit 2018 vom Bundesamt für Landwirtschaft auch für den Einsatz bei essbaren Pflanzen zugelassen ist.

    Viele Mosaiksteine für eine gute Klimabilanz

    Neben dem unauffälligen Urin-Sammelsystem dokumentieren viele offensichtliche Details den Anspruch des Campus als Wegweiser für umweltfreundliches Bauen. Photovoltaik-Installationen werden die Eigenstrom-Produktionen massiv erhöhen. Und auf mehr als 14’000 m2 Fläche bewegen sich die Menschen auf Recycling-Asphalt mit einem hohen Anteil von 80 Prozent wiederverwertetem Material in der Tragschicht und 20 Prozent in der dünnen Deckschicht.

    Zugleich haben die Landschaftsarchitekten freilich auf Asphalt verzichtet, um naturnah zu gestalten: Bislang versiegelte Flächen werden «befreit», wie die Ludwig-Tetmajer-Strasse auf dem Empa-Areal. «Aus dieser ‹Parkplatz-Asphalt-Wüste› wird eine begrünte und schattige Zone», erklärt Kevin Olas. Und auch hinter den grossen Neubauten wird die Biodiversität mit vielfältigen Pflanzen und Bäumen gefördert – dank ausgewählter hitzeresistenter Arten, die sich auch bei künftigen Klimabedingungen wohlfühlen werden.

  • Werkstadt Zürich: Transformation in ein klimafreundliches Quartier

    Werkstadt Zürich: Transformation in ein klimafreundliches Quartier

    Die SBB verwandelt das 42’000 m2 grosse Werkstadt-Areal in Zürich bis 2035 in einen belebten urbanen Stadtraum. Die historische Bausubstanz bleibt erhalten und wird künftig ein spannungsvolles Ensemble mit den Neubauten und Aufstockungen bilden. Die Transformation der ehemaligen SBB-Werkstätten erfolgt äusserst nachhaltig und beinhaltet Massnahmen des klimagerechten Bauens, Ansätze der Kreislaufwirtschaft sowie ein innovatives Energiekonzept.

    Bestand weiterentwickeln
    In enger Abstimmung mit der Denkmalpflege werden die bestehenden Gebäude in den kommenden Jahren schrittweise umgebaut sowie mit Neubauten und Aufstockungen ergänzt. Als Herzstück des Areals vereint die ehemalige Wagenwerkstätte «Gebäude Q» ab 2023 einen vielfältigen Nutzungsmix unter einem Dach. Durch die Weiterentwicklung entsteht ein spannungsvolles Zusammenspiel zwischen historischer Bausubstanz, baulicher Verdichtung und öffentlicher Nutzung der Aussenräume.

    © SBB AG, Martin Zeller

    Klimagerechte Bauweise
    «Die SBB will ab 2030 klimaneutral sein. Das klimakompatible Bauen ist ein wichtiger Baustein, um dieses Ziel zu erreichen», sagt Gabriele Bühler, Projektleiterin bei der SBB. Verschiedene Massnahmen des klimagerechten Bauens sind in die Planung eingeflossen. So erlaubt beispielsweise die Anordnung der Neubauten auch künftig eine gute Zirkulation kühler Luftströmungen. Das Dachwasser wird, wo möglich, in einem oberirdischen System versickert und dient auch der Kühlung. Versiegelte Flächen werden möglichst entsiegelt. Die Transformation folgt einem systemischen Ansatz, der die Gebäude über den gesamten Lebenszyklus betrachtet. Damit wird das Ziel verfolgt, den CO2-Ausstoss möglichst tief zu halten. Um die Zirkularität sicherzustellen, sind sämtliche Bauteile auf der Madaster-Plattform erfasst. Zudem wird besonderes Augenmerk auf die Wiederverwendung von Bauteilen gelegt. 

    Energiekonzept: 100% erneuerbar
    Mit einer Energielösung, die zu 100% auf erneuerbaren Energien basiert, konnte ewz die öffentliche Ausschreibung der SBB für sich entscheiden. Als Quelle für Wärme und Kälte dient Grundwasser, das in vier Brunnen auf dem Areal gefasst wird. Von dort gelangt das Wasser zu den Energiezentralen in den grösseren Gebäuden, wo sich Wärmepumpen und Kältemaschinen befinden, die es auf die erforderliche Temperatur bringen. Ein Anergienetz verbindet sämtliche Gebäude und sorgt für einen Austausch von überschüssiger Energie zwischen den Gebäudegruppen. So lässt sich beispielsweise Wärme oder Kälte, die in einem Gebäude im Überfluss vorhanden ist, in einem anderen verwenden. Dieses System hat zudem den Vorteil, dass nicht in jedem Gebäude eine Grundwasserbohrung nötig ist. Die kleineren Gebäude sind über ein Nahwärmenetz an die Energiezentralen angeschlossen. Die Wärme- und Kälteerzeugung erfolgt zu 100% CO2-frei, da auch der Reststrom aus erneuerbaren Quellen stammt. Dank des Einsatzes eines monovalenten Energiesystems führt dies im Endausbau zu einer CO2-Reduktion von mehr als 2’100 Tonnen pro Jahr.

    Hoher Eigenverbrauch von Solarstrom
    ewz plant, finanziert, erstellt und betreibt zudem die Trafoanlagen sowie die Mittelspannungsleitungen zur Versorgung des Areals mit elektrischer Energie. «Ein Teil des Stroms, den die Werkstädter*innen auf dem Areal verbrauchen, wird vor Ort mit Photovoltaik produziert», erklärt Markus Fischer, Leiter Verkauf bei ewz Energielösungen. Dafür wollen die SBB und ewz die Dachflächen optimal für die Solarstromproduktion nutzen. Sowohl das Dach des zentralen Gebäudes Q wie auch die Dächer anderer Gebäude, die sich aus statischer Sicht und von ihrer Ausrichtung her für die Solarstromgewinnung eignen, sollen mit Photovoltaikanlagen eingedeckt werden. Die SBB verpflichtet ihre Mietparteien auf dem Areal zur Teilnahme an einem Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (ZEV). «Im Endausbau wird der ZEV aus rund 300 Parteien bestehen, die den lokal produzierten Strom vor Ort nutzen. Damit lässt sich eine hohe Eigenverbrauchsquote erzielen, die wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlagen beiträgt», sagt Markus Fischer. Er rechnet damit, dass der Eigenverbrauch auf dem Werkstadt-Areal im Endausbau bei nahezu 100% liegen wird.

    © SBB AG, Martin Zeller

    Vorteile durch Contracting
    Für die Eigentümerin hat diese Form der Zusammenarbeit unter anderem den Vorteil, dass die finanziellen Risiken und die Aufwände für die Verwaltung sehr tief sind. Fällt eine Anlage aus, sorgt ewz dafür, dass sie schnellstmöglich wieder in Betrieb geht. Damit das System effizient betrieben werden kann, beginnt ewz kurz nach der Inbetriebnahme mit einer energetischen Betriebsoptimierung. In einem kontinuierlichen Prozess werden die Anlagen optimiert und den effektiven Bedürfnissen der Nutzung angepasst, bis sie möglichst wenig Energie und Kosten verschlingen und ein Maximum an Komfort für die Nutzer*innen bieten.

    Die Werkstadt Zürich ist ein gelungenes Beispiel für die weitsichtige Umnutzung eines historischen Industrieareals. Durch die gezielte Erneuerung und Erweiterung des Bestandes und ein wegweisendes Energiekonzept schafft die Bauherrschaft gemeinsam mit den Planenden und ewz Mehrwerte für die künftigen Nutzer*innen wie auch für die Umwelt. Erfahren Sie hier mehr über das innovative Energiekonzept des Werkstadt-Areals.

    www.ewz.ch/energielösungen