OnTop - Plus-Energie-Symbiont für Ballungsräume
Der Beitrag „OnTop“ des Studententeams der Frankfurt University of Applied Sciences (FRA-UAS), der in Versailles zum Wettbewerb Solar Decathlon Europe 2014 präsentiert wurde, befasst sich ganzheitlich mit drängenden Zukunftsfragen des verdichteten, urbanen Bauens. Sebastian Fiedler sieht in dem einfachen Konzept, das als integrativer Stadtbaustein neue Potenziale eröffnet, einen relevanten Mehrwert für den Bestand. Auch wenn sich das Projekt im Wettbewerb in Versailles nur knapp im vorderen Drittel platzieren konnte und wenn es sicherlich nicht eine allgemeingültige Lösung für alle drängenden Fragen in boomenden Metropolen gleichzeitig sein kann, zeigt es dennoch überzeugend Möglichkeiten, auf die vielschichtigen Probleme und Herausforderungen in urbanen Verdichtungsgebieten zu reagieren.
Die Studentenwettbewerbe Solar Decathlon und Solar Decathlon Europe befassen sich mit der innovativen Entwicklung von energieerzeugenden und netzdienlichen Gebäuden. Dabei wurden bisher innovative kleine Einzelgebäude präsentiert, die technische Innovationen und die Anwendung neuer Materialien demonstrierten. Die Tatsache, dass die Prototypen über lange Strecken transportiert und am Wettbewerbsgelände innerhalb von zehn Tagen aufgebaut werden müssen, limitiert jedoch die Größe der Gebäude. Die Auslober des Solar Decathlon Europe 2014 stellten sich nun der Diskussion, ob die kleinen prototypischen Einzelgebäude allgemeingültige Lösungen für das energieeffiziente Bauen aufzeigen können und entschieden sich dazu, die Themenstellung weiterzuentwickeln. Die aktuelle Aufgabe war es, über das Einzelgebäude hinaus Lösungen zu finden, die in den Kontext eingebunden sind und den Bestand, das Quartier und die Stadt berücksichtigen.
„Die Herausforderungen für den Gebäudebereich liegen in Deutschland vor allem in der Erreichung der Ziele der Energiewende durch Reduktion des Energiebedarfs und Steigerung der dezentralen Erzeugung erneuerbarer Energien. Die aktuelle Sanierungsrate des Bestands ist jedoch zu gering, um die energetischen Zielsetzungen der Bundesregierung zu erreichen. Weiterhin sind der demographische Wandel mit einer alternden Gesellschaft und eine steigende Land-Stadt-Migration zu berücksichtigen. Diese stellt Planer vor zusätzliche Aufgaben: In wachsenden Großstädten steht zu wenig Wohnraum zur Verfügung, der Bedarf an neuen Verdichtungsstrategien ist hoch“, erläutert Sebastian Fiedler den Ansatz des Projekts OnTop. „Wir müssen das Thema Plusenergiegebäude weiterdenken. Es geht nicht mehr nur um kleine Neubauten, sondern darum, bei allen Neu- und Umbaumaßnahmen auch eine mögliche Weiterentwicklung des Gebäudebestandes mitzudenken.“
Konzept „OnTop“
Frankfurt am Main steht dabei als Beispiel für eine deutsche Metropole mit hohem Siedlungsdruck, wie auch Stuttgart, München, Hamburg oder Berlin. Die energetischen sowie die wohnungspolitischen Herausforderungen können nur gemeistert werden, wenn die Masse des Gebäudebestands miteinbezogen wird. Allerdings fungieren Sanierungen nicht selten als Deckmantel für Luxussanierungen, die eine Gentrifizierung fördern. Zusätzlich sind viele Bestandswohnungen nicht altersgerecht. „Sanieren kostet Geld. Dies bedeutet häufig eine Mieterhöhung. Überspitzt ausgedrückt heißt dies, dass durch manche Sanierung bezahlbarer Wohnraum vernichtet wird. Das ist ein Grunddilemma. Wir müssen sanieren, um die Ziele der Energiewende zu erreichen. Auf der anderen Seite werden dadurch jedoch soziale Probleme verschärft.“
Frankfurt am Main steht dabei als Beispiel für eine deutsche Metropole mit hohem Siedlungsdruck, wie auch Stuttgart, München, Hamburg oder Berlin. Die energetischen sowie die wohnungspolitischen Herausforderungen können nur gemeistert werden, wenn die Masse des Gebäudebestands miteinbezogen wird. Allerdings fungieren Sanierungen nicht selten als Deckmantel für Luxussanierungen, die eine Gentrifizierung fördern. Zusätzlich sind viele Bestandswohnungen nicht altersgerecht. „Sanieren kostet Geld. Dies bedeutet häufig eine Mieterhöhung. Überspitzt ausgedrückt heißt dies, dass durch manche Sanierung bezahlbarer Wohnraum vernichtet wird. Das ist ein Grunddilemma. Wir müssen sanieren, um die Ziele der Energiewende zu erreichen. Auf der anderen Seite werden dadurch jedoch soziale Probleme verschärft.“
Das Konzept „OnTop“ basiert auf einer sinnvollen Nachverdichtung durch Aufstockung. Die vorhandene Infrastruktur wird genutzt, ohne weitere Flächen zu versiegeln. Der wirtschaftliche Gewinn aus der Vermarktung der Aufstockung kommt dem Gebäude darunter zugute, wodurch die energetische und altersgerechte Sanierung des Bestands mitfinanziert werden kann. Durch die dezentrale Erzeugung erneuerbarer Energien auf dem neu aufgesetzten Gebäudeteil, der für sich gesehen ein Plusenergiegebäude ist, wird die Energiebilanz des Gesamtgebäudes verbessert. Durch das Zusammenspiel von Aufstockung und Bestand sollen der Eigenverbrauchsanteil erhöht und die Verluste des Bestands reduziert werden, wie beispielsweise Lüftungswärmeverluste, die als Energiequellen genutzt werden. Das Projekt OnTop bündelt all diese Aspekte exemplarisch an einem Bestandsgebäude in Frankfurt.
Demonstrationsobjekt „OnTop“
Als Ausgangsbasis dient ein Geschosswohnungsbau aus den 1950er-Jahren mit Laubengangerschließung und unbeheiztem Trockenspeicher. Dieser wird zu einem Wohngeschoss umgenutzt und durch eine leichte Holzkonstruktion aufgestockt. Es entsteht eine Maisonette-Wohnung mit neuem Dachkörper und Dachterrasse. „Die Aufstockung ist kein Parasit, sondern geht eine Symbiose mit dem Bestand ein. Der neue Dachaufbau, der sogenannte Symbiont, verwächst mit dem Bestand durch den ausgebauten Trockenspeicher, es entsteht eine Symbiogenese. Bestand und Symbiont sind energetisch nicht mehr trennbar. Im nächsten Schritt gehen sie eine Symbiose mit der Stadt ein, der sogenannten Symbiocity.“ Konkret bedeutet dies: Es soll neue attraktive Wohnfläche geschaffen werden, welche die vorhandene Infrastruktur nutzt. Dadurch, dass Grundstück und Gebäude bereits vollkommen erschlossen sind, kann an den Versorgungskosten gespart werden. Dieses zu Verfügung stehende Budget wird gemeinsam mit den zukünftigen Einnahmen aus der Vermarktung stattdessen in die energetische Sanierung des Bestands investiert. Die bestehende Heizanlage wird gegebenenfalls ausgetauscht oder mit einer Wärmepumpe ergänzt und durch die Energie, die auf dem Dach des Symbionten durch Photovoltaik und Solarthermie produziert wird unterstützt. Über ein intelligentes Energiemanagement-Netz, das sogenannte Smart Grid, wird das einzelne Gebäude an das Energienetz der Stadt angeschlossen und kann dort überschüssige Energie einspeisen. Das 6. Obergeschoss wäre ohne Aufzug nicht vermarktbar, deshalb wird an das Demonstrationsobjekt ein Aufzug angefügt. Durch die Laubengangerschließung kann das gesamte Haus mit wenig Aufwand angeschlossen werden. So können auch die Bestandswohnungen in den Obergeschossen altersgerecht saniert werden.
Als Ausgangsbasis dient ein Geschosswohnungsbau aus den 1950er-Jahren mit Laubengangerschließung und unbeheiztem Trockenspeicher. Dieser wird zu einem Wohngeschoss umgenutzt und durch eine leichte Holzkonstruktion aufgestockt. Es entsteht eine Maisonette-Wohnung mit neuem Dachkörper und Dachterrasse. „Die Aufstockung ist kein Parasit, sondern geht eine Symbiose mit dem Bestand ein. Der neue Dachaufbau, der sogenannte Symbiont, verwächst mit dem Bestand durch den ausgebauten Trockenspeicher, es entsteht eine Symbiogenese. Bestand und Symbiont sind energetisch nicht mehr trennbar. Im nächsten Schritt gehen sie eine Symbiose mit der Stadt ein, der sogenannten Symbiocity.“ Konkret bedeutet dies: Es soll neue attraktive Wohnfläche geschaffen werden, welche die vorhandene Infrastruktur nutzt. Dadurch, dass Grundstück und Gebäude bereits vollkommen erschlossen sind, kann an den Versorgungskosten gespart werden. Dieses zu Verfügung stehende Budget wird gemeinsam mit den zukünftigen Einnahmen aus der Vermarktung stattdessen in die energetische Sanierung des Bestands investiert. Die bestehende Heizanlage wird gegebenenfalls ausgetauscht oder mit einer Wärmepumpe ergänzt und durch die Energie, die auf dem Dach des Symbionten durch Photovoltaik und Solarthermie produziert wird unterstützt. Über ein intelligentes Energiemanagement-Netz, das sogenannte Smart Grid, wird das einzelne Gebäude an das Energienetz der Stadt angeschlossen und kann dort überschüssige Energie einspeisen. Das 6. Obergeschoss wäre ohne Aufzug nicht vermarktbar, deshalb wird an das Demonstrationsobjekt ein Aufzug angefügt. Durch die Laubengangerschließung kann das gesamte Haus mit wenig Aufwand angeschlossen werden. So können auch die Bestandswohnungen in den Obergeschossen altersgerecht saniert werden.
Potenzial
Das Konzept OnTop soll nicht nur an dem konkreten Referenzprojekt erprobt werden, sondern es soll auf andere Gebäude übertragbar sein. Die Analyse der Baualtersklassen in Frankfurt zeigte, dass der Bestand zu einem Großteil aus der Nachkriegszeit bis zur ersten Wärmeschutzverordnung stammt. Dieser Bestand muss energetisch ertüchtigt werden. Der Vorteil dabei ist, dass die Gebäude noch nicht denkmalgeschützt sind, Veränderungen der Dachlandschaft und der Fassade wären also größtenteils möglich. Anhand der Geoinformationsdaten von Frankfurt wurden von den Studenten alle infrage kommenden Mehrfamilienhäuser gekennzeichnet und anhand ihrer baulichen Kriterien in fünf Eignungsklassen unterteilt. „Betrachtet man nur die Gebäude in den ersten drei Kategorien, ergäbe sich bereits ein theoretisches Potenzial für neue Wohnflächen von ca. 2,5 Millionen Quadratmetern“, berichtet Sebastian Fiedler. „Nach dem statistischen Bericht der Stadt besteht ein zusätzlicher Wohnflächenbedarf in Frankfurt am Main bis 2020 von ca. 1,0 Mio m²(Berechnung nach Daten aus dem Wohnungsmarktbericht des Amts für Wohnungswesen Stadt Frankfurt am Main: Durchschnittliche Wohnfläche pro Einwohner 37 m², Anzahl Einwohner heute ca. 700.000, prognostizierte Anzahl Einwohner im Jahr 2020 ca. 725.000). Wenn also nur 10 % des analysierten theoretischen Potenzials genutzt werden, können so bereits 25 % der benötigten Wohnflächen geschaffen werden. Das Projekt hat also durchaus eine gewisse Relevanz. Natürlich kann es nicht die alleinige Lösung sein, aber es ist der Versuch, eine Antwort auf all diese gleichzeitig zu berücksichtigen Aspekte zu geben.“ Der Wille und die Bereitschaft zur Schaffung und des Erhalts von bezahlbarem Wohnraum muss natürlich vorausgesetzt sein, denn zusätzlich auch noch die hohen Renditeerwartungen von Investoren zu befriedigen wird nicht möglich sein, wenn Ersparnisse direkt wieder in den Bestand reinvestiert werden – aber für kommunale Wohnungsunternehmen, Wohnbaugenossenschaften oder Eigentümergemeinschaften könnte das Konzept durchaus Anreize bieten.
Das Konzept OnTop soll nicht nur an dem konkreten Referenzprojekt erprobt werden, sondern es soll auf andere Gebäude übertragbar sein. Die Analyse der Baualtersklassen in Frankfurt zeigte, dass der Bestand zu einem Großteil aus der Nachkriegszeit bis zur ersten Wärmeschutzverordnung stammt. Dieser Bestand muss energetisch ertüchtigt werden. Der Vorteil dabei ist, dass die Gebäude noch nicht denkmalgeschützt sind, Veränderungen der Dachlandschaft und der Fassade wären also größtenteils möglich. Anhand der Geoinformationsdaten von Frankfurt wurden von den Studenten alle infrage kommenden Mehrfamilienhäuser gekennzeichnet und anhand ihrer baulichen Kriterien in fünf Eignungsklassen unterteilt. „Betrachtet man nur die Gebäude in den ersten drei Kategorien, ergäbe sich bereits ein theoretisches Potenzial für neue Wohnflächen von ca. 2,5 Millionen Quadratmetern“, berichtet Sebastian Fiedler. „Nach dem statistischen Bericht der Stadt besteht ein zusätzlicher Wohnflächenbedarf in Frankfurt am Main bis 2020 von ca. 1,0 Mio m²(Berechnung nach Daten aus dem Wohnungsmarktbericht des Amts für Wohnungswesen Stadt Frankfurt am Main: Durchschnittliche Wohnfläche pro Einwohner 37 m², Anzahl Einwohner heute ca. 700.000, prognostizierte Anzahl Einwohner im Jahr 2020 ca. 725.000). Wenn also nur 10 % des analysierten theoretischen Potenzials genutzt werden, können so bereits 25 % der benötigten Wohnflächen geschaffen werden. Das Projekt hat also durchaus eine gewisse Relevanz. Natürlich kann es nicht die alleinige Lösung sein, aber es ist der Versuch, eine Antwort auf all diese gleichzeitig zu berücksichtigen Aspekte zu geben.“ Der Wille und die Bereitschaft zur Schaffung und des Erhalts von bezahlbarem Wohnraum muss natürlich vorausgesetzt sein, denn zusätzlich auch noch die hohen Renditeerwartungen von Investoren zu befriedigen wird nicht möglich sein, wenn Ersparnisse direkt wieder in den Bestand reinvestiert werden – aber für kommunale Wohnungsunternehmen, Wohnbaugenossenschaften oder Eigentümergemeinschaften könnte das Konzept durchaus Anreize bieten.
Projektbeteiligte
Frankfurt University of Applied Sciences, Fachbereich 1: Architektur, Bauingenieurwesen, Geomatik, Prof. Dr. Hans Jürgen Schmitz, Prof. Sebastian Fiedler
Projektmanagement: Dipl.-Ing. Dieter Blome
Forschungspromotorin am FFin: Dr. Ulrike Reichhardt Zahlreiche Sponsoren unterstützten das studentische Projekt und die Teilnahme am Wettbewerb, darunter der Systemhaus-Hersteller Bien Zenker, die Unternehmensgruppe Nassauische Heimstätte/Wohnstadt, das Energiereferat der Stadt Frankfurt am Main, die Mainova AG, der Wettbewerbsveranstalter, das Französische Ministerium für die Gleichstellung der Gebiete und das Wohnungswesen, das Französische Ministerium für Ökologie, nachhaltige Entwicklung und Energie und das U.S.-Ministerium für Energie, sowie das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Weitere Informationen zu OnTop finden Sie hier
Frankfurt University of Applied Sciences, Fachbereich 1: Architektur, Bauingenieurwesen, Geomatik, Prof. Dr. Hans Jürgen Schmitz, Prof. Sebastian Fiedler
Projektmanagement: Dipl.-Ing. Dieter Blome
Forschungspromotorin am FFin: Dr. Ulrike Reichhardt Zahlreiche Sponsoren unterstützten das studentische Projekt und die Teilnahme am Wettbewerb, darunter der Systemhaus-Hersteller Bien Zenker, die Unternehmensgruppe Nassauische Heimstätte/Wohnstadt, das Energiereferat der Stadt Frankfurt am Main, die Mainova AG, der Wettbewerbsveranstalter, das Französische Ministerium für die Gleichstellung der Gebiete und das Wohnungswesen, das Französische Ministerium für Ökologie, nachhaltige Entwicklung und Energie und das U.S.-Ministerium für Energie, sowie das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Weitere Informationen zu OnTop finden Sie hier
Vortrag von Sebastian Fiedler, ehemals Team OnTop der Frankfurt University of Applied Sciences, im Rahmen der fünfteiligen Veranstaltungsreihe „Die Zukunft des Bauens“, veranstaltet von DETAIL research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMUB und BBSR am 22. Mai in Frankfurt zum Thema "Ganzheitliche Konzepte zur Erstellung von Plusenergiehäusern“
Zur Person
Sebastian Fiedler hat den Vortrag in seiner Funktion als Vertretungsprofessor und Projektleiter des Team OnTop an der Frankfurt University of Applied Sciences gehalten. Seit dem Auslaufen seiner Vertretungsprofessur Ende August 2014 ist Sebastian Fiedler als Prokurist und Bereichsleiter Energie bei der ee concept gmbh in Darmstadt beschäftigt.
Sebastian Fiedler hat den Vortrag in seiner Funktion als Vertretungsprofessor und Projektleiter des Team OnTop an der Frankfurt University of Applied Sciences gehalten. Seit dem Auslaufen seiner Vertretungsprofessur Ende August 2014 ist Sebastian Fiedler als Prokurist und Bereichsleiter Energie bei der ee concept gmbh in Darmstadt beschäftigt.
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