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Zukunft des Bauens 2017, München Nachbericht

»Material und Konstruktion«, München // Rückblende

Kostengünstige und gleichzeitig energieeffiziente Gebäude sind das Diktat der Stunde. Die Architektur und beteiligte Industrie muss hierfür rasant Lösungen finden und trotz einschränkender Regularien nicht aus dem Blick verlieren, was lebenswerten Raum ausmacht. Fünf Architekten, die sich in ihrem Arbeitsalltag auf jeweils eigene Weise der Theorie, Forschung und Förderung solcher Lösungen verschrieben haben, trafen am 21. November 2017 im Vorhoelzer Forum in München zusammen, um im Kontext von Materialien und Konstruktionsweisen ihre Projekte, Verfahren oder potentielle Produkte vorzustellen. Nach den anschaulichen Vorträgen und einem aufschlussreichen Austausch unter den Referenten ließ sich feststellen, dass es nicht nur darum geht, einen Werkstoff neu zu erfinden. Innovation bedeutet auch, altbewährte Materialien so zu konstruieren oder aber so zu kombinieren, dass sie neue Eigenschaften annehmen und dadurch die Bedingungen einer zukunftsfähigen Bauweise erfüllen. Sei es eine Vakuumdämmung, der textile Leichtbau, die multifunktionale, 3D-gedruckte Fassade oder das digitale Planen als erstes Werkzeug, das Fertigung und Konstruktion revolutionieren kann: Alle vorgestellten Beispiele haben verdeutlicht, dass in der Forschung und mutigen Entwicklung neuer Lösungen ein großes Potential für die Zukunft liegt.

Effiziente Konstruktionsmethoden im bedarfsgerechten Wohnungsbau
Den Vortragsnachmittag eröffnete Felix Lauffer vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung. Der Architekt stellte das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit im Rahmen der Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ initiierte Förderprogramm für sogenannte »Variowohnungen« vor. Dabei wird der forschungsbedingte Mehraufwand von Konzepten eines nachhaltigen und bezahlbaren Wohnungsbaus gefördert, der je nach Bedarf für verschiedene Personengruppen flexibel umgestaltbar ist. So können beispielsweise Wohnräume für Studenten später für Rentner oder Familien angepasst werden, oder neu gedachte Wohnformen mit gemeinschaftlich genutzten Räumen entstehen. Felix Lauffer hob hervor, dass bei den 20 Modellvorhaben lediglich zwei in modularer Bauweise sowie zwei als Leichtbaukonstruktionen geplant wurden. Den prädominanten Anteil der Konstruktionsarten machen hybride Bauweisen aus Beton und Mauerwerk aus. Einer der beispielhaften Projekte ist in Heidelberg verortet, wo ein selbstverwaltetes Studierendenwohnheim am Collegium Academicum komplett in Holzbauweise geplant wurde. Das Gebäude weist ein flexibles Nutzungskonzept auf, bei dem Wände versetzbar sind. Neben Kernbereichen für jede/n Bewohner/in gibt es Gemeinschaftsräume und nicht zuletzt eine Werkstatt, in der Elemente für umzubauende Wohneinheiten angepasst werden können.

Innovativer textiler Leichtbau
In einem mitreißenden Vortrag präsentierte Prof. Dipl.-Ing. Claudia Lüling vom Forschungsinstitut für Architektur, Bauingenieurwesen, Geomatik an der Frankfurt University of Applied Sciences laufende Forschungsaktivitäten und Experimente zu Konstruktionen mit ausgeschäumten Textilstrukturen. Dazu eignen sich Fasermaterialien aufgrund ihrer Stabilität, während die Schaumfüllungen dämmende und adhäsive Eigenschaften mitbringen. Sie betonte, dass Textilien kein Material, sondern eine Konstruktionsart darstellten. Textile Fügetechniken, integrativ gefertigte, mehrschichtige Aufbauten und nicht zuletzt die Bionik könnten zu einer trag- und nutzungsfähigen Architektur führen, die »gewebt, gestrickt oder geflochten« sei. Dazu gab Prof. Lüling spannenden Ausblick auf weiterführende Forschung zu textilen Leichtbaukonstruktionen mit Basaltfasern oder integrierten PV-Elementen.

Der »konstruktive« Einfluss von Digitalisierung auf die Architektur

Prof. Dipl.-Ing. Julian Krüger von der Hochschule Wismar brachte das Potential digitaler Planungstechniken für neuartige Konstruktionsweisen auf den Punkt. Mit dem Forschungsprojekt »The Digital Hut« sollte ein Minimalhaus-Prototyp, also eine »Digitale Urhütte« entworfen und realisiert werden. Hierbei führen digitale Planungs- sowie neueste Produktionsmethoden, wie 3D-Drucktechnik oder CNC-Fräsung zu einem variablen und reduzierten Leichtbausystem. Anhand eines Studentenprojekts in Köln konnte zunächst einleuchtend dargelegt werden, wie komplexe und außergewöhnlich hohe Strukturen allein auf Basis von digital berechneten Stecksystemen entstehen können. Daneben präsentierte Prof. Krüger Materialbearbeitungsarten, wie Biege- oder Falttechniken, die sich aufgrund digitaler Berechnungsmethoden auf dafür ungewöhnliche Materialien übertragen ließen. So können bestimmte Einschnitte oder Faltmuster zu erweiterten Konstruktionsmethoden mit Holz oder Alucobondplatten führen. Letztendlich wurde ein auf der BAU 2017 vorgestelltes Baukastensystem aus CNC-gefrästem Sperrholz präsentiert, das steckbare, hoch stabile Knotenpunkte aufweist.

Die aktivierte Gebäudehülle: Multifunktionale Fassaden auf Basis hybrider Materialien und Konstruktionsweisen

Mit Prof. Dipl.-Ing. Frank Hülsmeier vom Architektur-Institut an der HTWK Leipzig wandte sich die Veranstaltung dem unerschöpflichen Experimentierfeld Fassade zu. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung leichter und dünner energieeffizienter Gebäudehüllen, die möglichst viele Funktionen aufnehmen und deren Werkstoffe dem Prinzip »Reduce, Reuse, Recycle« folgen. Ein Beispiel stellt die vakuumgedämmte Fassade aus Textilbeton dar, die im Passivhausstandard ausgeführt ist und eine Dicke von nur 11 cm aufweist. Carbonfaser als Bewährung könnte als elektrische Flächenheizung genutzt werden, sodass sich die Investition aufgrund von Raum- und Energieeinsparung auf Dauer rechnen kann. Gemeinsam mit der TU Dresden gingen diese Überlegungen in das Konsortium C3 – Carbon Concrete Composite über. Bau- und Textilingenieure arbeiten mit den Architekten aus Leipzig am High-Tech-Werkstoff weiter, der implementierte PV-Elemente zur Energiegewinnung, LEDs zur Beleuchtung oder Informationsvermittlung sowie heizungsfähige Komponenten aufnehmen kann. Im nächsten Schritt wäre es denkbar, die außen gesammelte Energie in der Fassade zu speichern und nach innen bei Bedarf abzugeben. Gemeinsam mit der Universität Halle wurde hierfür an einer Technologie nach dem Kondensator-Prinzip in Grundlage geforscht.

Die 3D-gedruckte und funktionsintegrierte Gebäudehülle
Am Lehrstuhl für Entwerfen und Gebäudehülle der TU München beschäftigt sich Dipl.-Ing. Moritz Mungenast mit Potentialen einer 3D-gedruckten Fassade. Mit der neuen Fertigungsmethode verbindet er mehrere Vorteile: Zum einen diene diese der Individualisierung und ermögliche eine architektonische Gestalt, die sonst nicht hergestellt werden kann. Zum anderen ließen sich komplexe Parameter durch kaum eine andere Fertigungsart als durch den 3D-Drucker realisieren. Als dritten Vorteil sieht Moritz Mungenast die Topologieoptimierung und Materialeffizienz: Das Material kommt durch gezielten Einsatz nur dort vor, wo es gebraucht wird. Dazu ließen sich viele Funktionen in einem Bauteil integrieren und die gedruckte Konstruktion schließe letztendlich die digitale Kette vom Entwurf über die Planung bis zur Fertigung. Im Idealfall, so die Hypothese, mache eine funktionsintegrierte, 3D-gedruckte Gebäudehülle die herkömmliche technische Fassadenausrüstung überflüssig, und das bei gleicher Leistungsfähigkeit. Tragstruktur, Dämmung, Belüftungskanäle, Belichtung, Sonnenschutz und akustische Aktivierung wären solche Funktionen, die integriert werden können, über den 3D-Drucker als Geometrien umgesetzt. Die Methodik seiner Forschung sah es vor, künstliche oder biologische Geometrien mit diesen sogenannten Funktionsgeometrien zu assoziieren. Die Ergebnisse mündeten in einem aus Polycarbonat gedruckten Fassadenelement von 2,80 x 1,60 m Größe, bei dem sich für die Aufnahme der unterschiedlichen Funktionen eine Wellenstruktur als am geeignetsten herausstellte. Am ausgestellten Prototypen konnten letztendlich die Gäste Form, Geometrie, Beschaffenheit, Optik und Haptik einer solchen, möglichen Fassade der Zukunft im Anschluss der Veranstaltung begutachten.    

Sehen Sie hier ein Video zum Projekt von Mortiz Mungenast.

Die Rolle des Architekten in der Entwicklung zukunftsfähiger Materialien und Konstruktionsweisen
So vielfältig die Visionen der einzelnen Referenten auch waren, letztendlich betonten diese im gemeinsamen Gespräch eintönig die immanente Rolle des Architekten für die Entwicklung und Forschung von Materialien und Konstruktionsweisen der Zukunft. Der Architekt bringe die verschiedenen Disziplinen zusammen, vernetze Wissen, Handwerk, Industrie, Planer, Fertigungsmethoden und verfolge die übergeordnete Vision. Was er brauche sind dennoch mutige Firmenpartner, die Material zuliefern, sowie Zeit, Geduld, Kontinuität und letztendlich die Begeisterung für ihre Ideen teilten.

Ein ermunternder Konsens als Fazit der Veranstaltungsreihe »Die Zukunft des Bauens«, mit der DETAIL research, die Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit sowie das Bundesinstitut für Stadt-, Bau- und Raumforschung nun das fünfte Jahr ihrer Kooperation beschließen. 2018 geht die Reihe mit neuen Themen und Terminen weiter.

Nähere Informationen dazu gibt es in Kürze auf der Veranstaltungsseite: www.detail.de/zukunft-des-bauens

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