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Energieeffiziente Innovation als motivierendes Erlebnis
Solare Wellness-Anlage mit Nullenergie-Bilanz
 
An der Empa, dem führenden Schweizer Forschungsinstitut für Materialwissenschaften und Technologie, ist ein aussergewöhnliches Bauwerk entstanden: NEST. Das modulare Forschungs- und Innovationsgebäude setzt bezüglich Nachhaltigkeit Zeichen und dient Forschern und Unternehmen. Die in dieses Bauwerk integrierte solare Fitness- und Wellness-Unit ist aus einer internationalen Ausschreibung als interdisziplinäres Projekt des Teams Dransfeld/Naef/SJB hervorgegangen.

Bauen lässt sich nicht auf einzelne Aspekte reduzieren, auch nicht auf jene der (Sonnen-)Energie. Bauen hat kulturellen, sozialen, funktionalen und wirtschaftlichen Anforderungen zu genügen. Eine nachhaltige Energieversorgung ist aber ein zentrales Thema in der Architektur. Diese sollte das Energiekonzept in wesentlichen Zügen mitgestalten. So die Sicht von dransfeldarchiteken, denen dies mehrfach schon gelungen ist. Neunmal seit 1996 hat das Schweizer Solarpreisgericht Bauobjekte von dransfeldarchitekten gewürdigt und ausgezeichnet, drei in der Zahl letztmals im Oktober dieses Jahres: Ein Solarhaus in Bottighofen, das aus einer Brandruine entstand, eine Schule in Münchwilen, die unscheinbar als eine der ersten der Schweiz mehr Energie produziert, als sie verbraucht und schliesslich eine Wellness-Anlage in Dübendorf, die wohl weltweit erstmalig das gleiche Ziel erreicht.

Norman Foster Solar Award 2018
In seiner Würdigung betont der Solarpreis 2018, dass selbst Wellness-Anlagen mit einer Plus-Energie-Bilanz realisiert werden können und das hervorragende Beispiel in Dübendorf den Norman Foster Solar Award 2018 verdiene. Plus-Energie-Wohnbauten seien Stand der Technik. Die Fitness- und Wellness-Unit im NEST der Empa in Dübendorf würde nun aber zeigen, dass dieses Ziel auch für eine Wellness-Anlage mit beträchtlichem Wärmebedarf auf hohem Temperaturniveau erreichbar sei. «PV-Anlagen an Fassade und Dach produzieren ca. 21’800kWh/a und decken den gesamten Energiebedarf von rund 19’100kWh/a. Als eine der weltweit ersten solaren Wellness-Anlage erreicht sie dieses Ziel durch eine vorbildliche Dämmung mit U-Werten unter 0.12W/m2K, innovative Haustechnik und Nutzung der thermischen und PV-Sonnenenergie» (Solarpreis 2018).

Gesund schwitzen auf umweltfreundliche Weise
Bisher sind Wellness-Anlagen, so gesund sie auch sein mögen, enorme Energieverbraucher. Umso herausfordernder erschien das Ziel der Empa, weltweit erstmals eine solare Wellness-Anlage mit Nullenergie-Bilanz entstehen zu lassen. Als eine der ersten Einheiten im vielgestaltigen Experimentalgebäude NEST sollte ein Ort entstehen, der den 1’000 Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen der Empa und der Eawag die Möglichkeit bietet, sich gesund zu schwitzen, ohne die Umwelt zu belasten. Entstanden ist eine Nutzungseinheit, die in Bezug auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz Zeichen setzt und durch einen aussergewöhnlichen Umgang mit Raum, Formen und Farben besticht. Aus einem international ausgeschriebenen Verfahren ging die Lösung des Teams Dransfeld / Naef / SJB hervor, die eine vollständig neue architektonische Interpretation der Sauna beinhaltet.

Schwebende Sphären
Inspiriert durch die Kugel, die dank grösstmöglicher Kompaktheit Wärmeverluste minimiert, erhalten die drei Sauna-Module eine ellipsoide Form. Diese prägt auch den Raum, in dem die drei an der Decke hängenden Module gleichsam schweben; nur Erschliessung, Garderoben und Nassräume sind konventionell geschossweise organisiert. Trotz enger Verhältnisse entsteht damit ein grosszügiger Hauptraum, der sowohl im Inneren als auch in der Aussenwahrnehmung durch die transparente Fassade eine aussergewöhnliche Wirkung entfaltet und die Einzigartigkeit der Nutzung erlebbar macht.

Leichte Strukturen
Im Kontext des heterogenen NEST wurde eine eher nüchterne Hülle gewählt: Die transparenten Teile folgen einem regelmässigen Pfosten-Riegel-System, die mehrheitlich geschlossenen Teile erhalten eine textile Fassade, die auch einzelne runde Öffnungen überspannt. Die Tragkonstruktion, im Sinne der Gewichtsreduktion sowie der Nachhaltigkeit durchwegs aus Holz(werkstoffen) erstellt, ist ablesbar, tritt aber durch eine graue Lasur in den Hintergrund. Umso stärker ist die Wirkung der Ellipsoide, die, von einer weissen Membran überspannt, durch Kunstlicht als farbige Körper in Erscheinung treten.

Warme Zonen
Kernstück der Wärmeerzeugung ist eine neu entwickelte CO2-Wärmepumpe, die ungewohnt hohe Temperaturen von 120°C erreicht. Die Wärmepumpe beschickt auf verschiedenen Temperaturniveaus einen Speicher von 2m3 Inhalt, der dank optimierter Schichtung einen hocheffizienten Wärmehaushalt sicherstellt, so auch die Beheizung der drei Sauna-Module auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Die Wärmepumpe bezieht Wärmeenergie auf 14°C vom Energy Hub, der mithilfe von Erdsonden und Eisspeicher die Unit versorgt. Die thermischen Kollektoren speisen zusätzlich den Speicher.

Luft und Low-Tech
Ein differenziertes Lüftungskonzept minimiert, trotz sehr hoher geforderter Luftwechsel, die Leitungslängen und den für die Lüftung benötigten Raum. Die Versorgung des Hauptraums erfolgt über die Technikzone im Süden des Hauptraums, während Nassräume und Garderoben eigenständig im westlichen Teil be- und entlüftet werden. Auch die Lüftung der Saunamodule erfolgt unabhängig aus dem Hauptraum heraus, so dass keine Lüftungsleitungen zu den Ellipsoiden nötig sind.

Fünfmal Sonne
Wichtigste Quelle von Sonnenenergie ist das Dach der Unit, das mit einer neu entwickelten bifazialen Photovoltaik belegt ist (ca. 88m2). Weitere Beiträge leisten eine kleinere PV-Fassade nach Süden (ebenfalls bifazial, 17m2), in die Ostfassade integrierte PV-Module (32m2) sowie thermische Vakuum-Röhren-Kollektoren (6m2) am südlichen Dachrand. Hinzu kommen passiv-solare Energiegewinne über die Ostfassade. Damit sind die geeignet orientierten Hüllflächen restlos ausgenutzt.

Energieflüsse und Innovation
Saunen werden heute in der Regel direkt elektrisch geheizt. Ein Einsatz marktüblicher Wärmepumpen kommt aufgrund des hohen Temperaturniveaus nicht in Frage. Die hier erstmals eingesetzte CO2-Wärmepumpe bietet das nötige Temperaturniveau und gestattet es, den Energiebedarf auf rund einen Drittel zu senken. Weitere beträchtliche Energieersparnisse ergeben sich durch Wärme- und Feuchterückgewinnung (Lüftung), geringe Einsparungen erfolgen durch Betriebsoptimierung und Stromerzeugung durch Körperkraft im Fitnessbereich. Der verbleibende Energiebedarf beträgt ein Sechstel des Bedarfs einer konventionellen Anlage. Er kann vollständig durch Solarstrom gedeckt werden; es verbleibt sogar ein geringer Überschuss, so dass eine Plus-Energie-Bilanz über das Jahr resultiert. Die zentrale technologische Innovation besteht im Einsatz der CO2-Wärmepumpe, die ein gewaltiges Potenzial an Energieeffizienz birgt. Sie dank der gewonnenen Erkenntnisse zur Marktreife zu bringen, ist ein wesentlicher energiewirtschaftlicher Nutzen der Unit. Weitere Innovationen betreffen u. a. die gesamte Lüftung mit Wärme- und Feuchterückgewinnung, fassadenintegrierte PV sowie bifaziale PV.

Architektonischer Spielraum
Das attraktive architektonische Gesamtkonzept, die Sichtbarkeit aller wesentlichen Funktionselemente, der Wechsel zwischen Intimität und Durchblicken zeigen auf, dass energieeffiziente Innovation mit einem motivierenden und inspirierenden Erlebnis einhergehen kann. Sie widerlegt das Vorurteil, dass Energieeffizienz architektonischen Spielraum einschränke.



Herr Dransfeld, wie haben Sie zum nachhaltigen Bauen gefunden?
Eine gewisse Leidenschaft für das Thema begleitet mich seit dem Studium. Obwohl man bis heute für solche Ideen belächelt wird, hat sich früh meine Überzeugung gefestigt, dass Nachhaltigkeit und gute Architektur vereinbar sind.

Welche Haltung nehmen Sie im umweltbewussten Bauen ein?
Ressourcenschonend und nachhaltig zu bauen, ist für mich weder eigene Disziplin noch erste Priorität. Ich betrachte es vielmehr als selbstverständliche Anforderung an das Bauen, genauso wie (frei nach Vitruv) Dauerhaftigkeit, Funktionalität und Ästhetik.

Wo hat Solares Bauen für Sie Grenzen?
Überall dort, wo andere berechtigte Ansprüche an Bauten missachtet werden. Hässliche, teure oder anderweitig einschränkende Solaranlagen haben auf Bauten nichts verloren. Überall dort, wo Solares Bauen zum Hauptthema wird, drohen absurde Lösungen, von denen es leider einige gibt.

Werden unsere Bauten zu hochtechnisierten Kraftwerken?
Dass sie zu Kraftwerken werden, ist in vielen Fällen möglich, sinnvoll und darum auch wünschbar. Die Technik darf jedoch nie zum Selbstzweck werden, sie hat dem Menschen zu dienen und nicht umgekehrt. Wir brauchen so viel Technik wie nötig und so wenig wie möglich.



Bauinfo

Bauherrschaft: Empa Materials Science and Technology

Architektur: dransfeldarchitekten ag, Ermatingen

Bauleitung: HSSP AG, Zürich

Planung und Ausführung Photovoltaik: Miloni Solar AG, Dättwil

Forschungspartner: HSLU, NTB, Empa 
 
Ausgabe "2018/4 - Dezember/Januar" bestellen
 
Bild Zooey Braun; dransfeldarchitekten
 




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