Holzbau 01.05.2015, 00:00 Uhr

Integrale Planung eines nachhaltigen Holzhotels

Seit einigen Jahren lobt der VDI jährlich einen Ideenwettbewerb für Studenten aus. Im Wettbewerb für 2014 bestand die Aufgabenstellung darin, ein nachhaltiges Holzhotel in Berlin zu entwerfen, wobei ein besonderes Augenmerk auf die integrale Bearbeitung und eine gesamtheitliche Konzeption gelegt wurde. Durch Teambildung mit Studierenden aus mehreren Fachbereichen sollte eine umfassende Zusammenarbeit im Hinblick auf Entwurf, technische Ausstattung, nachhaltige Holzkonstruktion sowie Statik erreicht werden. Das zu bearbeitende Grundstück ist in Berlin in direkter Nähe zum Ostbahnhof am Ufer der Spree gelegen. Im vorliegenden Beitrag wird der Entwurf des Studententeams von der RWTH Aachen beschrieben, der im Wettbewerb den ersten Platz erreichte. Darüber hinaus wird auch ein Ausblick über weiterführende Untersuchungen gegeben. Hierbei wurde überprüft, ob und mit welchen Konsequenzen es möglich ist, mithilfe visueller Programmierung einen Entwurf automatisch auf andere Grundstücke mit ihren individuellen Anforderungen zu übertragen und zeitgleich die gemeinsamen identitätsstiftenden Entwurfsmerkmale zu erhalten.

Bild 1.	Fotorealistische Darstellung des Musikbox Hotels

Bild 1. Fotorealistische Darstellung des Musikbox Hotels

1 Einleitung

Der Entwurfswettbewerb des VDI von 2014 wurde von der VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik in Kooperation mit dem Bund Deutscher Architekten (BDA) und der Deutschen Gesellschaft für nachhaltiges Bauen (DGNB) ausgeschrieben. Die Aufgabenstellung bestand darin, ein nachhaltiges Holzhotel in Berlin zu entwerfen, wobei ein besonderes Augenmerk auf die integrale Bearbeitung und eine gesamtheitliche Konzeption gelegt wurde. Durch Teambildung mit Studierenden aus mehreren Fachbereichen sollte eine umfassende Zusammenarbeit im Hinblick auf Entwurf, technische Ausstattung, nachhaltige Holzkonstruktion, sowie Statik erreicht werden. Die große Resonanz des Entwurfswettbewerbs zeigte sich durch die große Teilnehmerzahl von insgesamt 89 Teams von 33 Hochschulen und insgesamt 297 Studierenden. Nachfolgend wird der Entwurf der Autoren von der RWTH Aachen beschrieben, der im Wettbewerb den ersten Platz erreichte (Bild 1).

2 Nachhaltiges Holzhotel – Wettbewerbsbeitrag der Autoren

2.1 Allgemeines

In den Vorüberlegungen für den Entwurf wurde davon ausgegangen, dass jedes neue Hotel im vielfältigen Hotelangebot Berlins ein Alleinstellungsmerkmal benötigt, um eine ausreichende Anzahl an Gästen anzuwerben. Aus diesem Grund wurde das zu planende Holzhotel, das in direkter Nähe zum Ostbahnhof am Ufer der Spree gelegen ist, gleich zu Anfang als Musikhotel definiert. Es ermöglicht dem Gast über die reine Hotelnutzung hinaus gemeinsames Proben und Aufnehmen an der Spree in der international geschätzten Musikmetropole Deutschlands.

Darüber hinaus sollte der Aspekt der Nachhaltigkeit bei Planung und Entwurf des Hotels eine zentrale Rolle spielen. Das Thema Nachhaltigkeit gewinnt im Bauwesen angesichts des Klimawandels und der Ressourcenverknappung zunehmend an Bedeutung [1]. Der Bau und der Betrieb von Bauwerken verbrauchen etwa 40 % der weltweit jährlich zur Verfügung stehenden Energie [2]. Die daraus resultierenden Energie- und Stoffströme und globalen Umweltauswirkungen können durch eine energieeffiziente und nachhaltigkeitsorientierte Gebäudekonzeption und Unterhaltungsmethode reduziert werden [3], [4].

2.2 Entwurf des Hotels

Bauform

Grundsätzlich wird der Aufbau des Hotels durch die Energieeffizienz bestimmt, sowohl bezüglich der Anlagentechnik als auch hinsichtlich der architektonisch-räumlichen Ausformulierung. Die Gebäudeform entwickelte sich dementsprechend aus einem Kubus, dessen Außenwände so gegeneinander verdreht wurden, dass die auf die Fassade auftreffende Sonnenenergie möglichst gut genutzt werden kann (A/V-Verhältnis: 0,17 m-1) (Bild 2, links).

Zur optimalen Erschließung liegt das Hotel auf der Grundstücksecke am Kreuzungspunkt zwischen der Köpenicker Straße und der neuen Spreepromenade (Bild 2, rechts). Somit ist nicht nur die Anfahrt der Gäste mit dem PKW bis in die Tiefgarage oder die Vorfahrt mit dem Taxi gewährleistet, sondern auch die Möglichkeit gegeben, die vorbeilaufenden Touristen und Berliner Bürger für einen spontanen Besuch des Musikbox Hotels zu begeistern. Außerdem ist das Hotel an diesem Standort mit der gewählten Gebäudehöhe von allen Seiten her im Stadtbild präsent.

Bild 2. Ausrichtung (links) und Erschließung (rechts)

Bild 2. Ausrichtung (links) und Erschließung (rechts)

Der gewählte Baukörper versiegelt mit einer Grundflächenzahl von 0,4 nicht einmal die Hälfte des Grundstückes, wodurch ein Großteil der Versickerungsfläche erhalten bleibt. Terrassen- und Dachflächen können in die Spree entwässert werden.

Innere Gebäudestruktur

Im Inneren des Gebäudes wurde ein großzügiges Atrium mittig in eine klare Zimmerstruktur entlang windmühlenartig aufgefächerter Flure eingeplant (Bild 3). Das Atrium bringt sowohl aus psychologischer als auch aus energetischer Sicht viele Vorteile mit sich. Es gewährleistet die natürliche Belichtung der gesamten Gebäudetiefe, ist darüber hinaus integrativer Bestandteil des Lüftungskonzeptes und wirkt zusammen mit der innen liegenden Treppe für das gesamte Hotel belebend und kommunikationsfördernd [5].

Bild 3. Räumliche Struktur

Bild 3. Räumliche Struktur

Die Hotelzimmer sind in vier Riegeln organisiert, die zwei unterschiedlich große Basiszimmertypen beherbergen. In den Gebäudeecken werden gesonderte Zimmerzuschnitte ausgebildet und mit besonderen Funktionen versehen. Dazu zählen zum Beispiel barrierefrei ausgestaltete, zusammenschaltbare Zimmer und größere Suiten (Bild 4).

Bild 4. Grundriss des 3. Obergeschosses

Bild 4. Grundriss des 3. Obergeschosses

Das Thema Musik findet seine räumliche Umsetzung in den Obergeschossen. Hierzu werden in die starke Struktur der Zimmer jeweils an einer Stelle zum Atrium hin offene Musikbereiche eingeschnitten. Auf diesen Flächen sind unterschiedlich große Probe- und Aufnahmeräume platziert. Ihre Anordnung schraubt sich spiralförmig von Etage zu Etage nach oben, was durch die mitlaufende Treppe im Atrium betont wird. Dieser Innenraum aus Atrium, Treppe und Musikbereichen lädt ein das Hotel zu durchschreiten, es zu erleben und sich auf den Flächen um die Proberäume herum auszutauschen (Bild 5).

Bild 5. Rendering des Atriums mit Blick auf eine Musikbox

Bild 5. Rendering des Atriums mit Blick auf eine Musikbox

Die detaillierte Form der Probe- und Aufnahmeräume ist für das Hotel namensgebend. Sie stehen als schalltechnisch entkoppelte Boxen in den Nischen. Weiterhin sind sie auf eine bestmögliche akustische Raumwirkung hin entworfen, die sich sowohl aus bestimmten L-B-H-Verhältnissen als auch aus der Vermeidung paralleler Wände zur Vermeidung von Flatterechos ergibt [6]. Dabei entstehen verschiedene Formen, welche stets denselben prägnanten Wiedererkennungswert aufweisen wie das Atrium. Diese Form wurde auch für alle anderen mit Musik verknüpften Elemente wiederverwendet.

Der öffentliche Raum führt durch das gesamte Gebäude und beginnt bereits im Erdgeschoss mit einem großen Gastronomiebereich, der auch für Passanten zugänglich ist. Er endet nach der Abfolge verschiedener Proberäume im obersten Geschoss in Form eines besonders großen Musikbereiches sowie einer flexiblen Bar für spezielle Anlässe (Bild 6).

Bild 6. Grundrisse Erdgeschoss

Bild 6. Grundrisse Erdgeschoss

Das Hotel weist allgemein einen introvertierten Charakter auf. Sein Schwerpunkt liegt auf der Arbeit und der Freude an der Musik innerhalb des Gebäudes. Die entworfene Vorhangfassade verkörpert diesen nach innen fokussierten Charakter, indem sie das Gebäude vollflächig mit einem feinen Muster abschließt. Nur die wichtigen Musikbereiche brechen mit großen Öffnungen durch die Fassade und werden durch auskragende Holzrahmen betont, sodass von außen das Zusammenspiel aus Abgeschlossenheit in den Hotelzimmern und musikalischer Lebendigkeit sichtbar wird. In den Gästezimmern bietet die feingliedrige Fassade einen Ort besonderer Geborgenheit. (Bild 1)

Ausstattung und Zimmer

Um in diesem von Bewegung und Kommunikation durchströmten Gebäude ausreichend Intimität und Übersichtlichkeit zu bieten, stehen bei der Wahl von Konstruktion, Fassadengestaltung und Materialien im Inneren stets die Themen klare Differenzierung und Schallschutz im Vordergrund. Für die Innenausstattung wird ein abgestimmtes Material- und Farbkonzept zugrunde gelegt. Dieses Konzept setzt sich im Wesentlichen aus schlichten weißen Flächen und zwei verschiedenen Holztönen zusammen, welche als Blickfang für wichtige Elemente und zur Abgrenzung verschiedener Bereiche dienen. Die Schönheit des Werkstoffes Holz wird durch den akzentuierten statt flächendeckenden Einsatz somit besonders intensiv wahrgenommen. Dabei symbolisiert stets helles Eichenholz in seiner naturbelassenen Farbigkeit den öffentlichen Bereich, während dunkel gebeiztes Eichenholz private bzw. individuelle Bereiche auszeichnet. Im Sinne der Nachhaltigkeit fiel die Wahl auf Eiche, da diese eine der häufigsten in der Region vorkommenden Holzarten ist. Konkret bedeutet dies, dass die Böden der öffentlichen Flächen, also des Erdgeschosses, der Bereiche um die Probe- und Aufnahmeräume, des obersten Geschosses und der Treppe stets in farblich natürlich belassenen Eichenholzpaneelen ausgebildet sind (Bild 5).

Die Boxen selbst sind im Gegensatz zu den sie umgebenden Flurzonen auf Intimität und Musik fokussiert. Dies wird durch dunkles Eichenholz auf der Außen- und Innenseite der Musikboxen symbolisiert. Durch einen mehrschichtigen wandelbaren Wandaufbau aus reflektierenden, Schall brechenden und absorbierenden Elementen können die Räume auf die individuellen akustischen Anforderungen der diversen Musikrichtungen eingestellt werden.

Die Flure entlang des Atriums sowie sämtliche Nebenflächen dienen als schlichte, in Weiß gehaltene Vermittler der Kernbereiche des Hotels. Betritt der Gast sein Zimmer, so wird er von gleichermaßen weißen Wänden, jedoch dunklen Eichenpaneelen auf dem Boden empfangen, die wiederum eine private, fokussierte Nutzung symbolisieren. Die dunkle Holzgestaltung wird im Bad auf Boden und längsseitiger Wand fortgeführt. Der Badbereich begleitet das Zimmer auf der ganzen Länge des Raumes von der Tür bis zum Fenster. Durch eine elektrochrome und medial nutzbare gläserne Abtrennung entsteht trotz geringer Zimmergrößen ein großzügiges Raumgefühl. Die Regulierung von Beleuchtung, Temperatur und Verschattung erfolgt ebenso wie die Reservierung von Proberäumen über mobile Touchpads neben der Tür und in Bettnähe (Bild 7).

Bild 7. Innenraum eines Gästezimmers

Bild 7. Innenraum eines Gästezimmers

Als besonderes Merkmal enthalten die Zimmer dunkle Holzrahmen in der identitätsstiftenden Form der Musikboxen. Im Eingangsbereich des Zimmers sind Holzrahmen als Raumtrenner integriert, in denen Instrumente oder Notenblätter einen einzigartigen Platz im Raum erhalten. Um auch dem Musiker einen solch besonderen Ort zu geben, in dem neue Ideen entstehen können oder einfach entspannt werden kann, befindet sich vor dem Fenster eine tiefe hölzerne Sitznische in abgerundeter Viereckform.

Die immer wiederkehrenden, auffallenden Holzrahmen werden weiterhin im Erdgeschoss des Atriums genutzt, um die Musik allzeit präsent zu machen. Hier sind einzelne Großformen verteilt, welche interaktiven Umgang mit der Musikdatenbank des Hotels anbieten und einladen, sich verschiedene Aufnahmen anzuhören. Dafür sind Sitzgelegenheiten, Lautsprecher und Bildschirme in die Holzformen eingelassen. Neben Gästezimmern und öffentlichen Bereichen sorgt auch der dienende Bereich für eine optimale Funktionalität des Hotelalltags. Die räumliche Organisation von Mitarbeitertrakt, Küche, Servicebereich, Technik und Zulieferung ist dahingehend abgestimmt.

Statik und Konstruktion

Die Konstruktion des Hotels ist vertikal in zwei Teile gegliedert. Die Untergeschosse bestehen aus WU-Stahlbeton, die oberirdischen Geschosse sind in Massivholzbauweise ausgeführt (Bild 8). Im Sinne der Statik wurde auf Grund der Nähe zur Spree und des anstehenden Grundwassers eine Pfahlgründung vorgesehen, um ein Aufschwimmen des Gebäudes im Bauzustand zu verhindern. Als vertikale Haupttragelemente in den Obergeschossen dienen zum einen die Außenwände selbst, zum anderen die parallel dazu verlaufenden Zimmer-Flur-Innenwände. Die Wandscheiben der Massivholzkonstruktion setzten sich aus BSH-Elementen zusammen. Auf diesen liegen Hohlkasten-Deckenelemente auf, die durch ihre Spannrichtung eine flexible Einteilung der Räume gewährleisten. Darüber hinaus dienen sie durch einen kraftschlüssigen Verbund als ausgesteifte Scheibe, um die Horizontalkräfte in die ebenfalls aussteifend wirkenden Stahlbetonkerne zu leiten [7]. Die zwei Kerne enthalten die notwendigen Fluchttreppenhäuser sowie Aufzüge.

Bild 8. Gebäudeschnitt

Bild 8. Gebäudeschnitt

Die Materialwahl für die Konstruktion fiel auf BSH, da dieses nicht nur aus einem nachwachsenden Rohstoff besteht, sondern auch durch einfache Trennung der Baustoffe eine leichte Wiederverwendung ermöglicht [8]. Die Verwendung minderwertiger Sortierklassen sorgt während des Produktionsablaufes für weniger Ausschuss im Vergleich zu Vollholzprodukten. Auch die flexible und einfache Herstellung von Öffnungen sowie die zusätzliche akustisch wirksame Masse, die BSH gegenüber aufgelösten Konstruktionen mit sich bringt, unterstützten die Entscheidung.

Ausführung

In Hinblick auf die Erfüllung der Brandschutz- und Akustikanforderungen wurde eine Doppellage GK-Brandschutzplatten als Verkleidung der Holzkonstruktion gewählt [7], [8]. Um eine höhere akustisch wirksame Masse in den Decken-Hohlkastenprofilen zu generieren, sind diese mit einer Kalk-Splitt-Schüttung versehen. Brandschutztechnisch sind die beiden feuerbeständigen Stahlbetontreppenhäuser zu nennen, welche für jeden Punkt des Hotels den ersten und zweiten Fluchtweg garantieren. Die Rauchfreiheit der Fluchtwege auf den Fluren wird durch eine RWA-Anlage im Atrium, unterstützt durch die Erzeugung eines Überdrucks in den Zimmern, gewährleistet.

Die vorgehängte Fassade präsentiert sich mit einem hochwertigen, hölzernen Charakter und experimentiert gleichzeitig mit neuen technischen Möglichkeiten (Bild 9). Es wird hier statt herkömmlichem Vollholz strenger Sortierklassen ein Recycling-Baustoff mit Anteilen aus Holzreststoffen verwendet. Ausgewählt wurden Platten von 2,72 m x 1,27 m (Bild 10) aus einem Holzmehl-Biokunststoff-Komposit, der eine ökologische Weiterentwicklung des bekannten WPC (Wood-Plastic-Composite) darstellt. Ein für die Verwendung an Fassaden geeigneter biologischer Kunststoff befindet sich aktuell in der Entwicklung (z. B. [10]) und verspricht interessante Neuerungen in den kommenden Jahren. Bei einer Verbindung aus Holzmehl und Biokunststoff könnte somit ein nachhaltiger, wasserbeständiger, thermisch stabiler Stoff entstehen, der auch ohne Beschichtung der Witterung standhält. Ein weiterer Vorteil des gewählten Materials besteht darin, dass er als Granulat recycelt und für neue Fassadenpaneele verwendet werden kann. Im Gießverfahren können außerdem die in Laser- oder Fräsverfahren entstehenden Reststücke vermieden werden.

Bild 9. Fassadenschnitt und –Ansicht

Bild 9. Fassadenschnitt und –Ansicht

 

Bild 10. Fassadenplatte mit integrierten PV-Modulen

Bild 10. Fassadenplatte mit integrierten PV-Modulen

Die Fassade setzt sich aus vier Plattenmodulen zusammen, welche durch Drehen und Aneinandersetzen das gewünschte fugenlose, vielfältige Bild ergeben (Bild 9). Jedes Modul besteht aus einem individuellen Muster aus drei verschiedenen Lochgrößen in der prägnanten Form des Atriums. Darüber hinaus werden in die größten Lochformen der Paneele Photovoltaik-Module eingesetzt (nähere Informationen siehe Energiekonzept). Schlitze für die Verkabelung und Befestigung der PV-Module können bei der Herstellung der Platten sofort mit eingearbeitet und später bestückt werden.

Der Einsatz von PV-Modulen in dieser bisher unüblichen Form zeigt eine Möglichkeit auf, mit energieeffizienten Bauweisen auf vielfältige Art architektonisch umzugehen. Des Weiteren sollte die Gewinnung solarer Energie im Bauwesen weiter entwickelt werden, um zukünftig auch unter Einberechnung der grauen Energie effizienter und nachhaltiger zu werden.

Energiekonzept

Bereits die grundsätzlichen Entscheidungen in der frühen Entwurfsphase dienten der energetischen Optimierung des Hotels. Neben dem kompakten Baukörper sorgt ein geringer Fensteranteil, eine Gebäudehülle mit niedrigen U-Werten (Außenwand: 0,15 W/(m² · K); Drei-Scheiben-Verglasung: 0,80 W/(m² · K); Dach: 0,11 W/(m² · K)) und die südliche Ausrichtung der Außenwände für geringe Transmissionswärmeverluste (1.148.000 kWh/a) und die Möglichkeit der Nutzung der solaren Energie.

Um andererseits den sommerlichen Wärmeeintrag zu minimieren, sind an den Zimmerfenstern außen liegende Jalousien installiert, die als automatische Verschattung fungieren. Die großzügigen Öffnungen vor den Musikbereichen sind mit elektrochromem Glas ausgestattet, welches durch seine Tönung bei starker Sonneneinstrahlung den Energiedurchlassgrad signifikant verringert, hierbei jedoch die Durchsichtigkeit bewahrt. Das hochwertige Gebäudeautomationssystem hält nicht nur den Komfort im Inneren des Gebäudes für Gäste und Mitarbeiter gleichermaßen hoch, sondern senkt zudem den Stromverbrauch, die Lüftungstransmissionsverluste und die Gefahr von Bauschäden in Form von Schimmel.

Es wird eine mechanische Lüftungsanlage (Bild 11) eingesetzt, da diese im Vergleich zur freien Lüftung die Lüftungswärmeverluste (1.734.000 kWh/a) gering hält. Die Anlage wird im Allgemeinen nur für den hygienischen Luftwechsel herangezogen und minimiert durch den niedrigeren Luftaustausch nochmals die Lüftungswärmeverluste. Das EG bildet in der Lüftungsnutzung eine Ausnahme, da nutzungsbedingt höhere Luftwechselraten benötigt werden, weshalb hier die zusätzliche Nutzung der Lüftungsanlage zum Heizen und Kühlen sinnvoll ist.

Bild 11. Lüftungsschema

Bild 11. Lüftungsschema

In diesem Hotel wird eine Hochdruck-Induktions-Klimaanlage eingesetzt, welche für ein angenehmes Raumklima sorgt. Die Klimaanlage im 2. Untergeschoss erhält bei Außentemperaturen unter 12 °C und über 22 °C vortemperierte Frischluft aus einem Erdkanal [11], [7]. Die Frischluft wird dann unter Verwendung wiedergewonnener Wärme weiter temperiert und be- bzw. entfeuchtet und zur mechanischen Belüftung des Gebäudes verwendet. Aus dem Keller heraus werden zunächst das Erdgeschoss und 1. Obergeschoss versorgt. Von dort aus führen stets Schächte auf jeder zweiten Zimmerachse nach oben, welche an den Positionen der Musikbereiche unterbrochen werden. Um zum einen die an diesen Punkten notwendige Umverteilung in benachbarte Schächte und zum anderen eine eventuelle spätere Umrüstung zu ermöglichen, sind in den Schachtdimensionierungen Reserven vorbehalten. Die Zuluft für die Flure und Musikbereiche ist in das Leitungssystem mit einberechnet und wird etagenweise in der Abhangdecke des Flures geregelt.

Zur Entlüftung wird hauptsächlich das Atrium genutzt (Bild 10). Hier kann durch die natürlichen, temperaturbedingten Druckunterschiede zwischen Erdgeschoss und Atriumdach größtenteils auf eine mechanische Abluftabsaugung verzichtet werden [12], [13]. Die im Inneren aufsteigende Luft entweicht automatisch durch umlaufende Lüftungsklappen am Atriumdach. Bäder, Proberäume, Küche und Technikbereiche hingegen erhalten eine mechanische Lüftung, welche ebenfalls über das Atriumdach abgeleitet wird. Hier ist zudem für die gesamte Abluft eine Wärmerückgewinnung vorgesehen.

Zur Wärmeregulierung in den Gästezimmern wird eine im Estrich eingebrachte Fußbodenheizung bzw. -kühlung eingebaut, die in den Zimmern und Bädern die gewünschte Grundtemperatur generiert. Obwohl sich bei der Berechnung der zu erwartenden Innenraumtemperaturen herauskristallisierte, dass durch die effiziente Gebäudehülle rein rechnerisch kaum ein Heizen nötig ist, ist die Einplanung der Fußbodenheizung dennoch sinnvoll, um häufigen Fehlerquellen energetischer Gebäudeberechnungen (z. B. ungenaue Herstellerangaben, Nutzerverhalten, lange Lebenszyklen mit extremen Klimabedingungen, etc.) vorzubeugen. Die Möglichkeit der individuellen Nachregulierung besteht durch Ventilatorkonvektoren in der Zimmerdecke, welche kurzfristig die gewünschte Temperatur je nach den spezifischen Gewohnheiten der Gäste erzeugen. In den Aufnahme- und Proberäumen wird die Temperatur über eine Akustikdecke aus GK mit Heiz- und Kühlfunktion geregelt. Hierbei kann die Temperatur durch die jeweiligen Musiker angepasst werden.

Energieversorgung

Trotz des A/V-Verhältnisses von 0,17 und der gut isolierenden Gebäudehülle ist der Energiebedarf eines Hotels verhältnismäßig groß, da viele Leuchten und technische Geräte dauerhaft in Betrieb sind und zu jeder Zeit Heißwasser für alle Zimmer bereit gehalten werden muss. Aus diesem Grund wurde das Musikbox Hotel mit mehreren aufeinander abgestimmten Komponenten versehen, welche die benötigte Energie nachhaltig und regenerativ zur Verfügung stellen.

Zunächst wurde die im Hinblick auf das Grundstück bestmögliche Ausrichtung der Außenwände nach Süden durch den Einsatz von PV-Modulen in den großen Öffnungen der netzartigen Fassade ausgenutzt. Diese erzeugen vor allem im Sommer einen Teil des benötigten Stromes. Sie werden geschossweise zusammengeschaltet und in Wechselrichter im jeweiligen Abstellraum eingespeist. Von hier aus führt ein durchgehender Schacht bis ins 2. Untergeschoss, wo sich die Schnittstelle zum öffentlichen Stromnetz befindet. Um auch das großzügige Atriumdach solarenergetisch nutzen zu können, sind hier ETFE-Kissen mit Dünnschicht-Solarmodulen eingebaut.

Als PV-Module wurden CIGS-Solarzellen (CIGS = Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid) ausgewählt, da diese unempfindlicher gegen Verschattung und Winkelabweichungen in der Ausrichtung zur Sonne sind. Des Weiteren können sie auch in beliebigen Formen hergestellt werden, wie in diesem Fall gewünscht. Zwar sind Langzeitaussagen zur Dauerhaftigkeit bisher noch nicht vorhanden, doch eine Weiterentwicklung des Marktes in diesem Bereich sollte in jedem Fall mit dem Ziel gefördert werden, effizienteren Solarstrom produzieren zu können!

In diesem Sinne ist auch die Nutzung der Solarenergie zur Warmwassererzeugung ein wichtiger Schritt zur flächendeckenden nachhaltigen Energieerzeugung. Somit sind auf dem Dach des Musikbox Hotels Vakuumröhrenkollektoren angebracht, die einen großen Teil des Warmwasserbedarfes decken. Die für diese Anlage nicht benötigten Flächen werden mit einer extensiven Dachbegrünung ausgestattet, sodass die durch die Versiegelung der Fläche fehlende CO2-Umwandlung teilweise kompensiert wird (Bild 12).

Bild 12. Dachaufsicht mit Solarkollektoren

Bild 12. Dachaufsicht mit Solarkollektoren

Um den hohen Energiebedarf des Hotels grundsätzlich das ganze Jahr über zu decken, wird ein mit Biomasse betriebenes Blockheizkraftwerk (BHKW) in das Gesamtsystem eingebunden, welches das Hotel zeitgleich mit Strom und Wärme versorgen kann. Durch dieses dezentrale System ist eine reine Verwendung regenerativer Energien, unabhängig von der temporären Marktlage, sichergestellt. Außerdem bietet es den Vorteil, die Verluste zwischen eingesetzter Primärenergie und erhaltener Endenergie gering zu halten. Da Holzpellets als nachwachsender Rohstoff einen hohen Wirkungsgrad und trotz zusätzlichen Produktionsschritten noch annähernde CO2-Neutralität gewähren, werden diese für den Betrieb genutzt [13].

Die Auslegung des BHKWs erfolgt anhand des durchschnittlichen Strombedarfes im Sommer, also unter Einbeziehung des durchschnittlich erzeugten Stromes aus der PV-Anlage. An besonders sonnigen Tagen kommt es somit zu einer Überproduktion an Strom und damit zu einem Gewinn durch die Vergütung aus der Netzeinspeisung. Die mit Solarmodulen und BHKW erzeugte Wärme wird sofort zur Erwärmung eines Trinkwasserspeichers sowie der Temperierung der Zuluft verwendet. In diesen Wärmekreislauf fließt auch die gewonnene Energie der verschiedenen Wärmerückgewinnungsanlagen ein. Neben der Warmwassererzeugung wird die gewonnene Wärme mithilfe einer Sorptionskältemaschine zum Kühlen der Räume und der Kühllager verwendet. Somit fungiert das Blockheizkraftwerk in Zusammenspiel mit der Sorptionskältemaschine als Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage.

Die weitere Überproduktion an Wärme, die bei der Auslegung des BHKWs auf den Strombedarf automatisch anfällt, versorgt zunächst das für Veranstaltungen genutzte benachbarte Backsteingebäude mit. Weiterer Überschuss wird in das vorhandene nahe gelegene Fernwärmenetz eingespeist und zur Versorgung des umliegenden Ballungsgebietes mitgenutzt.

Es ist festzustellen, dass das Musikbox Hotel die Anforderungen der EnEV 2009 erfüllt, da die Transmissionswärmeverluste bezogen auf die Hüllfläche unter 0,5 liegen (HT/A < H’T = 0,5) und der errechnete Jahresprimärenergiebedarf von 14 kWh/(a · m²) deutlich unter dem des Referenzgebäudes liegt. Der Jahresheizwärmebedarf liegt mit 5,7 kWh/(a · m²) sogar noch unter der Obergrenze von 15 kWh/(a · m²) für Passivhäuser.

Umnutzung

Um das detailliert geplante Hotel einem langen Lebenszyklus zuführen zu können, wurde bei der Planung ein besonderes Augenmerk auf die konstruktive wie auch nutzungsspezifische Umnutzbarkeit gelegt. Durch die konkrete Auslegung des konstruktiven Systems sind die Raumgrößen einfach durch Veränderungen der Wandstellungen im Rahmen des Achsrasters anpassbar. Zusätzlich können die eingestellten Themenboxen sowohl mit neuem Inhalt gefüllt als auch vollständig durch andere architektonische Elemente ersetzt werden. Allgemein bietet sich die kleinteilige Raumstruktur für übergeordnete Nutzungsänderungen an. Mit seinem eigenen thematischen Schwerpunkt und dem integralen Zusammenspiel von architektonisch-thematischen Ausformulierung und technischer Ausführungsplanung überzeugte der Entwurf die Jury in Berlin. Darüber hinaus entschied sich das Team auf Grund der einfachen aber dennoch stark identitätsprägenden Prinzipien und der großen Flexibilität des Gebäudes das Projekt weiter zu verfolgen.

3 Weitergehende Untersuchungen

3.1 Parametrische Weiterentwicklung des Entwurfes zur Hotelkette

In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Computergestütztes Planen in der Architektur der RWTH Aachen wurde weitergehend unter dem Thema „Research on Visual Programming – Semi-automated Generation of a Building Series Based on a General Architectural Design“ untersucht, inwieweit der Hotelentwurf mit allen relevanten Wiedererkennungsmerkmalen und Gestaltungsregeln auch auf andere Grundstücke in ähnlicher Form übertragen werden kann. Die Vervielfältigung eines Gebäudes dieser Art ist beispielsweise bei der Planung einer Hotelkette oder Firmengruppe von Interesse. Lage, Größe und namengebendes Thema der Gebäude sollten individuell veränderbar sein, während Konstruktionsweise und grundsätzliche Gestaltungsgedanken einheitlich und somit identitätsstiftend bleiben. Ein weiterer essentieller Teil der Arbeit bestand darin, diese Vervielfältigung mithilfe visueller Programmierung weitgehend automatisch umzusetzen. Dafür wurde der Aufsatz Dynamo auf das BIM-Programm AutoCAD Revit genutzt.

Bei der Untersuchung ging es übergeordnet darum, unabhängig vom eigenen Entwurf zu überprüfen, ob ein halbautomatisches, serielles Entwerfen basierend auf einem festgelegten, architektonischen System grundsätzlich möglich ist. Zudem wurde der Frage nachgegangen, inwieweit der Architekt in einem solchen repetitiven parametrisch aufgebauten Ablauf gebraucht wird und wie groß die Zeitersparnis im Entwurfsprozess sein kann. Letztere Fragestellung ergab sich aus der eigenen Erfahrung während der Wettbewerbsphase. Viele Zeichenarbeiten für essentielle Bestandteile des Entwurfs kehrten immer wieder und nahmen viel Zeit in Anspruch, womit der Wunsch nach einer Automatisierung dieser Prozesse entstand.

Zur sinnvollen Strukturierung des Programmes wurden vorab die Hauptmerkmale des Entwurfes definiert, die es als geometrisch abhängige Regeln zu implementieren galt: Hierzu zählt vor allem die optimale Ausrichtung zur Sonne (Bild 2, links), die sich stark auf die Kontur des Gebäudes auf dem jeweiligen Grundstück auswirkt. Des Weiteren sind die spiralförmig aufeinander folgenden Themenbereiche entlang eines zentralen Atriums sowie das Achsraster der Gästezimmer essenzielle Elemente, welche zur gestaltprägenden Fassade führen (Bild 1). Mit dem in Entwicklung stehenden Open-Source Werkzeug Dynamo [14] ist es gelungen, ein eigenständiges parametrisches Programm zu erstellen, welches in vier aufeinander folgenden Dateien zur Vervielfältigung des Hotels führt.

3.2 Aufbau des Programmes

Zunächst werden alle möglichen äußeren Konturen des Gebäudes in Bezug auf das aktuelle Grundstück mit den damit verbundenen Vorgaben unter Berücksichtigung der gewünschten Gebäudegröße generiert (Bild 13).

Bild 13. Ergebnis erste Datei: Vier Testgrundstücke mit möglichen Konturen

Bild 13. Ergebnis erste Datei: Vier Testgrundstücke mit möglichen Konturen

Der zweite Schritt besteht in der Bewertung und Aussortierung der entstandenen Konturen (Bild 14). Hier kann der Nutzer eine Gewichtung vornehmen und entscheidet am Ende selbst welche Umrisse weiter verwendet werden sollen.

Bild 14. Ergebnis zweite Datei: Konturen in der Reihenfolge ihres Filterergebnisses in Ansicht und Grundriss

Bild 14. Ergebnis zweite Datei: Konturen in der Reihenfolge ihres Filterergebnisses in Ansicht und Grundriss

Daraufhin werden die ausgewählten Konturen nach einander mit einem Achsraster nach dem vorgegebenen System versehen (Bild 15).

Bild 15. Ergebnis dritte Datei: Erdgeschoss mit Achsen

Bild 15. Ergebnis dritte Datei: Erdgeschoss mit Achsen

Zuletzt wird dann die bestmögliche Position für die Spirale der Themenbereiche generiert, was durch schnelles Ausprobieren verschiedener Startpositionen und Laufrichtungen der die Bereiche verbindenden Treppe erfolgt. Hieraus ergibt sich zusätzlich die Ausformulierung der Fassade sowie die Anzahl der möglichen Gästezimmer. Die hierfür relevanten Räume sowie die Fassade werden außerdem als Volumenkörper in eine Revit-Datei geschrieben (Bild 16) und über Bauteillisten ausgewertet. All dies bietet abschließend eine gute Entscheidungsgrundlage für Architekten und Investoren.

Bild 16. Ergebnis vierte Datei: Dreidimensionale Darstellung der Volumenköper aller relevanter Räume & Fassade

Bild 16. Ergebnis vierte Datei: Dreidimensionale Darstellung der Volumenköper aller relevanter Räume & Fassade

 

3.3 Ergebnis

Die Zielvorgabe, Gebäude mit ähnlichem Erscheinungsbild halb automatisch zu generieren, wurde erfüllt. Außerdem lässt sich das Programm aufgrund seiner Struktur und der Erkenntnisse aus dem Projekt leicht auf andere Entwürfe und Gebäudetypen übertragen. Im Zuge mehrerer Testläufe zur Verwendung des erstellen Programms zeigte sich schnell eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zu einer manuellen Vorgehensweise, sofern das Programm für eine große Stückzahl von Bauten verwendet wird. Geht es lediglich darum, einige wenige Gebäude gleicher Art zu generieren, scheint nur die Nutzung von einzelnen, universell wiederverwendbaren Programmteilen effizient einsetzbar. Dazu zählt die Verwendung parametrisch abhängiger Elemente zum Beispiel zur Fassadenaufteilung, welche bereits von vielen Büros zur Gestaltung und Beschleunigung des Arbeitsprozesses verwendet werden [15]. Hier gibt es jedoch immer noch ein großes Entwicklungspotenzial. Mit steigender Intelligenz und Benutzerfreundlichkeit der Programme wird die Programmierzeit sinken und somit die Effizienz der Nutzung von parametrischen Abhängigkeiten steigen.

Auch auf die zweite Fragestellung, inwieweit bei dieser Art digitaler Arbeitsprozesse noch entwerfende Architekten benötigt werden, zeichnete sich eine klare Antwort ab: Nicht nur bei der Erstellung eines solchen Programmes ist das Wissen des Architekten notwendig, um das gewünschte inhaltliche und gestalterische Ergebnis erzielen zu können. Auch bei der Verwendung müssen Einstellungen bestimmt, sowie begründete Bewertungen an den Schnittstellen der Programmteile getätigt werden, um zur Erstellung eines sinnhaften Gebäudes zu gelangen. Dabei ist das spezifische technische und gestalterische Wissen des Architekten aus einer breit gefächerten Ausbildung unumgänglich. Somit ist festzuhalten, dass visuelles Programmieren großes Potenzial zur Beschleunigung und Unterstützung von Entscheidungsprozessen bietet, diese jedoch nicht vollautomatisch bewältigt werden können. Eine prüfende und richtungsweisende Überwachung der Prozesse wird auch in Zukunft notwendig und wichtig bleiben.

Danksagung

Unser besonderer Dank gilt Herrn Univ.-Prof. Peter Russell, Herrn Dipl.-Ing. Tobias Schell und Herrn Dipl.-Ing. Architekt Andreas Dieckmann vom Lehrstuhl für Computergestütztes Planen in der Architektur der RWTH Aachen für die Unterstützung und Betreuung während und nach der Wettbewerbsphase.

Literatur

[1] World commission on environment and development (WECD): Our Common Future (Brundtland-Report 1987 – Unsere gemeinsame Zukunft); Genf; 1987

[2] Fraunhofer Institut (Hrsg): Energie-Produzent Gebäude. In: „weiter.vorn“ – Das Fraunhofer Magazin, April 2011

[3] Glock, C.: Ganzheitliche Realisierung nachhaltiger lebenszyklusorientierter Immobilien. In: Bauingenieur 88 (2013), Heft 3, S. 105–116.

[4] Classen, M.; Gallwoszus, J.; Hegger, J. et al.: Nachhaltigkeitsbewertung von Deckensystemen mit großen Spannweiten. In: Bauingenieur 89 (2014), Heft 3, S. 125–133.

[5] Saxon, R.: Atrium buildings – development and design; van Nostrand Reinhold; New York; 1983

[6] Fasold, W.; Sonntag, E.; Winkler, H.: Bau- und Raumakustik; 1. Aufl.; Müller; Köln-Braunsfeld; 1987

[7] Trinkert, A.; Schäfer, W.: Herausragend auch im Detail, Achtgeschosser. In: Bauen mit Holz 113 (2011), Heft 12, S. 8–13.

[8] Marutzky, R.: Brettschichtholz – hochwertiger und ökologisch unbedenklicher Baustoff mit günstigen Entsorgungseigenschaften; Sonderdruck. In: Bauen mit Holz 104 (2002), Heft 2, S. 30–33.

[9] Dederich, L. et al.: Brandschutzkonzepte für mehrgeschossige Gebäude und Aufstockungen in Holzbauweise; Holzabsatzfonds, Absatzförderungsfonds der Deutschen Forst- und Holzwirtschaft, Bonn (Hrsg.); Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V. -DGfH-, München (Hrsg.); Serie: Informationsdienst Holz spezial; Selbstverlag; Bonn; 2005

[10] Köhler, C.: Arbo Skin Fassaden-Mock up: Fassaden aus dauerhaften und rezyklierfähigen Biokunststoffen. In: Fassade / Facade (2014), Heft 1, S. 9–12.

[11] Pistohl, W.: Handbuch der Gebäudetechnik. Heizung, Lüftung, Beleuchtung, Energiesparen. 7.; neu bearb. und erw. Aufl.; Werner; Köln; 2009

[12] Bauer, M.; Mösle, P.; Schwarz, M.: Green Building. Leitfaden für nachhaltiges Bauen; 2. Aufl.; Springer Vieweg; Berlin, Heidelberg; 2013

[13] Hegger, M. et al.: Energie Atlas – Nachhaltige Architektur; 1. Aufl.; Birkhäuser; München; 2008

[14] GitHub Inc.: Dynamo v0.7.3 (2014), https://github.com/DynamoDS/Dynamo; in ständiger Weiterentwicklung

[15] ArchiUnion: Architekturbüro und Ausstellungsfläche in Shanghai. In: DETAIL 53 (2013), Heft 5, S. 505–508.

 

Von K. Ebner, S. Glaser, E. Lublasser, A. Dieckmann

Sven F. Glaser, M.Sc. Bauingenieur, RWTH Aachen Sven.Glaser@rwth-aachen.de
Elisa Lublasser, M.Sc. Architektur, RWTH Aachen Elisa.Lublasser@rwth-aachen.de
Kathrin Ebner, M.Sc. Architektur, RWTH Aachen Kathrin.Ebner@rwth-aachen.de
Dipl.-Ing. Architekt Andreas Dieckmann, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Lehrstuhl für Computergestütztes Planen in der Architektur Fakultät für Architektur, RWTH Aachen, Schinkelstraße 1, 52062 Aachen sekretariat@caad.arch.rwth-aachen.de

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