02/2021 Schweizer Holz

AKTUELLES

Gut gerüstet für die Zukunft

Der Holzbau bietet viele Möglichkeiten für energetisch hocheffiziente Gebäude. Auch ein wirksamer sommerlicher Wärmeschutz lässt sich mit Holz realisieren. Längere Hitzeperioden, wie sie künftig häufiger auftreten dürften, kann der Holzbau sogar besser bewältigen als der Massivbau.

Text Fabrice Müller | Foto Georg Aerni

Umgeben von Hochhäusern liegt das Schulhaus Pfingstweid wie eine kleine Oase zwischen der lärmigen Pfingstweidstrasse und dem Pfingstweidpark in Zürich-West. Das Schulhaus, 2019 eröffnet, hebt sich aber auch aufgrund seiner Bauweise von der Umgebung ab: statt Beton dominiert Holz. Der leicht geknickte Baukörper wirkt filigran und elegant. Der Unterbau und das Erdgeschoss sind aus Recyclingbeton gefertigt, die darüberliegenden zwei Stockwerke aus einheimischem Holz. Träger aus Fichte- und Tanne übernehmen statische Aufgaben. Für die Geschossdecken wurde wiederum Beton verwendet. «Die Decken dienen als thermische Speichermasse», erklärt Architekt Lorenz Baumann von Baumann Roserens Architekten in Zürich.

Korridor dient als Lüftungskanal
Auf der Südseite des Schulhauses sahen die Architekten einen Laubengang aus Lärchenholz für den Sonnen- und Wärmeschutz vor; hinzu kommt eine automatische textile Aussenbeschattung. Für die Fassaden wählten die Planer ein Pfosten-Riegelsystem aus Holz für die verglasten Teile sowie Mehrschichtplatten aus Fichten- und Tannenholz für die Wandflächen. Im Innern dient der langgezogene Korridor als passiver Lüftungskanal. Hier strömt frische Aussenluft ein und gelangt ohne zusätzliche Leitungen und Rohre über Verbundlüfter in die Unterrichtsräume. Im Verbundlüfter integriert ist ein Konvektor, der heizt und kühlt. Eine Grundwasser-Wärmepumpe erzeugt die nötige Energie zum Heizen und Kühlen, indem sie Grundwasser und Abwärme von internen Systemen nutzt. Die Grundidee dieses Heiz-, Kühl- und Lüftungssystems stammt von Beat Kegel (Kegel Klimasysteme, Zürich). Dank der effizienten Energieerzeugung und Klimatechnik, der gut gedämmten Gebäudehülle und der geringen Erstellungsenergie (hoher Holzanteil, Recyclingbeton, Lowtech) erfüllt der Bau die Anforderungen der 2000-Watt-Gesellschaft.

Holz biete viele Möglichkeiten für energetisch hocheffiziente Gebäude, erklärt Hanspeter Kolb, Professor für Brandschutz und Gebäudehüllen am Institut für Holzbau, Tragwerke und Architektur der Berner Fachhochschule. Dabei müssten aber gewisse Bedingungen erfüllt sein. «Entscheidende Faktoren sind die Architektur, das Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche, die Orientierung im Gelände, das Gebäudekonzept mit einem grossen solaren Gewinn im Winter und einer guten Nachtauskühlung im Sommer sowie das Verhältnis zwischen opaken Bauteilen und Fenstern.»

Sommerlicher Wärmeschutz: Ist Holz zu leicht?
Das Beispiel des Schulhauses Pfingstweid zeigt zudem: In Holzbauten lässt sich, kombiniert mit Lowtech-Lösungen, ein wirksamer sommerlicher Wärmeschutz realisieren (und dadurch Strom für die mechanische Kühlung einsparen). Dieser gewinnt angesichts der zu erwartenden steigenden Temperaturen und der häufiger auftretenden Hitzeperioden an Bedeutung. Bei der Diskussion um den sommerlichen Wärmeschutz von Holzbauten wird oft die fehlende Speichermasse des Holzes mit ins Spiel gebracht. Laut Matthias Schmid, Autor der aktuellen Studie «Umsetzung des sommerlichen Wärmeschutzes im Jahr 2060» und Ingenieur im Büro Prona AG in Biel, belegen neueste Studien, dass diese These überdacht werden muss. Bisherige Positionen beruhen auf Berechnungen mit wenigen Hitzetagen am Stück (< 5 Tage). «Die aktuellen Klimaprognosen für das Jahr 2060 zeigen jedoch, dass in absehbarer Zeit mit zwanzig und mehr Hitzetagen am Stück zu rechnen ist. Hier sind Konstruktionen mit hohem Masseanteil im Nachteil, da eine passive Nachtauskühlung allein die thermischen Lasten nicht ausreichend regulieren kann», begründet Schmid und ergänzt: «Unsere ersten Untersuchungen unterstreichen diese These. Der Holzbau kann in Kombination mit passiven oder semi-aktiven Kühlsystemen längere Hitzeperioden besser bewältigen und wird deshalb in Zukunft an Bedeutung gewinnen.»

Nicht nur die Gebäude, auch die Aussenräume sind vom Klimawandel betroffen. In dicht bebauten und stark versiegelten Quartieren treten sogenannte Hitze-Insel-Effekte auf. Sie sind vor allem nachts spürbar, wenn die in den Oberflächen gespeicherte Wärme wieder an die Umgebungsluft abgegeben wird. In der Stadt Zürich etwa kann die Temperatur nachts um bis zu 8 °C höher sein als in der ländlichen Umgebung – während Tropennächten herrschen dort schwer erträgliche Bedingungen. Mit der Klimaerwärmung wird sich diese Problematik verschärfen. Holzbauten können ihr entgegenwirken, denn Holz-
oberflächen speichern weniger Wärme als etwa Beton.

Wichtig ist die Energie-Gesamtbilanz
Gianrico Settembrini, Leiter der Forschungsgruppe Nachhaltiges Bauen und Erneuern der Hochschule Luzern, weist in seiner Studie «Klima als Entwurfsfaktor» zudem darauf hin, dass der Einsatz von Leichtbaukonstruktionen aufgrund ihrer Gesamtbilanz bei den Treibhausgas-Emissionen zu befürworten sei. Der Gebäudeforscher geht davon aus, dass in Städten Hybridbauten mit Massiv- und Holzkonstruktionen künftig an Bedeutung gewinnen werden. Auch für energetische Sanierungen und Erweiterungen (Auf-, Anbauten) von bestehenden Massivhäusern bieten sich Holzlösungen an: «Dadurch können in bedeutendem Masse graue Energie und graue Treibhausgasemissionen eingespart werden», erklärt Basil Monkewitz vom Verein ecobau. Für die Klimabilanz des Schweizer Gebäudeparks, von dem ein grosser Teil saniert werden müsse, sei dies entscheidend. 

 

Erfordert die Klimaerwärmung neue SIA-Normen?

Interview Fabrice Müller | Foto SIA

Herr Altenburger, welches Gewicht haben die Klimaeffekte bei den aktuellen Bau- und Energienormen nach SIA?
Die klimatischen Einflüsse sind in den SIA-Normen seit jeher verankert und basieren auf den statistischen Erhebungen der Wetterdaten aus den vergangenen Jahrzehnten. Da sich diese gemäss den wissenschaftlichen Erkenntnissen aber in Zukunft verändern werden, ist die Überarbeitung des SIA-Normenwerks hinsichtlich der möglichen Adaption der Klimaerwärmung eine wichtige Aufgabe. Sie wurde im neuen SIA-Positionspapier «Klimaschutz, Klimaanpassung und Energie» im Oktober 2020 postuliert und wird nun umgesetzt. Eine entsprechende Diskussion mit dem Leitthema «Kompetenzen & Dekarbonisierung» soll am Gebäudetechnikkongress vom 28. Oktober 2021 an der Empa-Akademie in Dübendorf lanciert werden.

Die Winter werden tendenziell milder und die Sommer mit den anhaltenden Hitzeperioden strenger. Wo braucht es bei den SIA-Normen Anpassungen an die zu erwartenden Klimaveränderungen?
Gemäss Prognosen wirkt sich der Klimawandel nicht nur auf die Aussentemperaturen, sondern unter anderem auch auf die Luftfeuchtigkeit, die Niederschläge, die solare Einstrahlung, die Windverhältnisse, die Grundwasser- und Oberflächengewässer und die Naturgefahren aus. Diese sind im heutigen Normenwerk zwar bereits erfasst, aber noch nicht auf die künftigen Herausforderungen adaptiert. Schon heute scheint klar, dass die Heizsysteme mit heutiger Auslegung sicher auch den künftigen Anforderungen genügen, während der Bedarf nach sommerlichem Komfort und damit die Bereitstellung der Kühlung gerade auch in Wohnbauten eine intelligente normative Vorgabe bedingen.