Wie wir ökologischer bauen können

Nachhaltigkeit ist ein wichtiges Thema, insbesondere in der Baubranche. Schliesslich machen Gebäude und Infrastruktursysteme etwa 30 bis 40 Prozent des globalen Ressourcenverbrauchs und 40 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus. Durch ihren riesigen ökologischen Fussabdruck steht die Branche deshalb unter Druck, nach Alternativen zu suchen, um umweltverträglicher und damit nachhaltiger zu werden.

Innovationen sind nötig

Wenn es darum geht, soziale und umweltbezogene externe Effekte in ihre wirtschaftliche Tätigkeit zu integrieren, hat die Baubranche schon recht gute Fortschritte erzielt. Die Kosten für den Bau energieeffizienter Gebäude bewegen sich heute auf einem ähnlichen Niveau wie für konventionelle Bauten. In der Nutzung aber sind energieeffiziente Gebäude deutlich günstiger. Doch obwohl die Branche schon zahlreiche Anstrengungen unternommen hat, ist ihre Umweltbilanz noch immer nicht befriedigend. Das weckt Rufe nach noch mehr Forschung und Innovation in diesem Bereich.

Vor diesem Hintergrund hat der Lehrstuhl für Holzbau am Institut für Baustatik und Konstruktion des Departements Bau, Umwelt und Geomatik (D-BAUG) in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Architektur und Gebäudesysteme des Departements Architektur (D-ARCH) der ETH Zürich auf dem ETH-Campus Hönggerberg das House of Natural Resources (HoNR) entwickelt. Um ein nachhaltiges Gesamtkonzept zu schaffen, haben wir für den Bau innovative Holz-Beton-Elemente und eine neue Fassadentechnologie genutzt. Ausserdem installierten wir Sensoren, die das Gebäudeverhalten überwachen.

Laubholz statt Stahl

2014 untersuchte Tai Ly am Lehrstuhl für Nachhaltiges Bauen der ETH Zürich in einer Masterarbeit die Ökobilanz von Holz-Beton-Konstruktionen im HoNR. Die Arbeit analysierte hauptsächlich Holz-Beton-Verbundelemente aus Buchenholz-Furnierplatten, die sowohl als Schalungselemente als auch als Armierung dienen. Um die Feuerbeständigkeit zu erhöhen, wird aber noch Armierungsstahl genutzt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Holz-Beton-Konstruktion des HoNR zehn Prozent weniger CO2-Emissionen generiert als konventioneller Stahlbeton. Obwohl die Einsparungen bei diesem Prototyp noch nicht allzu hoch sind, ist das Verbesserungspotenzial vielversprechend. Mit der neuen Technologie könnte es möglich werden, die Menge des für den Stahlbeton benötigten Stahls weiter zu reduzieren. Das würde die Umwelt deutlich entlasten, da der Stahl momentan für 20 Prozent des Treibhausgasausstosses verantwortlich ist, der bei der Produktion der Hybriddecke entsteht. Ausserdem verfügt die Schweiz über reiche Holz-Ressourcen, während Stahl importiert werden muss und so die Umwelt wegen des erforderlichen Transports noch stärker belastet.

Die Umweltverträglichkeit weiter erhöhen

Das laufende Projekt «Concrete Solutions», das vom SNF als Beitrag zum Nationalen Forschungsprogramm «Energiewende» (NFP 70) gefördert wird, beschäftigt sich nun mit dem Verbesserungspotenzial der Holz-Beton-Konstruktionen. Darin wollen wir die Eigenschaften der Buchenholz-Furnierplatten insbesondere bezüglich der Flammfestigkeit verbessern, um vollständig auf die Stahlarmierung zu verzichten. Ausserdem wollen wir ein Verbindungssystem ohne Stahlverbinder entwickeln, indem wir hochwirksame Kleber für Verbundmaterialien untersuchen. Einen weiteren Fortschritt versprechen wir uns durch CO2-armem Beton, nun da die SIA einen Zementersatz von bis zu 65 Prozent zulässt (SIA 2049). Durch all diese Verbesserungen würde eine lokale Holz-Beton-Hybriddecke möglich, die im Vergleich zur momentan auf dem Markt erhältlichen, konventionellen Stahlbetonkonstruktion 50 Prozent weniger Treibhausgase verursacht.

Monitoring von Gebäude und Nutzerkomfort

Das HoNR ist für uns ein spannender Versuch, nachhaltiges Bauen weiter voranzutreiben. Unsere innovativen Holzstrukturen versprechen nicht nur eine geringere Umweltbelastung als konventionelle Systeme. Das HoNR ist auch ein Forschungslabor, das aktuelle Informationen zum baulichen Zustand des Gebäudes, seiner Gesamtenergieeffizienz und zum Wohlbefinden der Nutzer bereitstellt. Während Sensoren die messbaren Variablen wie Verformungen, Schwingungen und Spannungen überwachen, beziehen die Forscher auch die subjektive Wahrnehmung der Nutzer wie den Komfort oder gefühlte Erschütterungen mit in ihre Studien ein. Dies ist eine fortschrittliche Methode, um das Verhalten des Hauses im Alltag besser zu verstehen.

(Guillaume Habert/ETH-Zukunftsblog)