Projektvorstellung Solar Decathlon: MIMO Hochschule Düsseldorf

7. März 2022

Der Name des Projektteams MIMO beschreibt kurz und kompakt das Motto der Teammitglieder*innen: Minimal Impact – Maximal Output. Übersetzt soll dies bedeuten: Mit den umgesetzten Techniken und Konzepten für den Standort einen maximalen Mehrwert zu schaffen und nur minimalen Einfluss zunehmen. Das Team, das an diesem Vorhaben beteiligt ist, setzt sich aus 60 Studierenden, 17 Lehrgebiete/Professor*innen aus allen sieben Fachbereichen und neun wissenschaftliche Mitarbeiter*innen zusammen. Weitere Unterstützung gibt es von weiteren Professor*innen, wissenschaftlich und studentischen Mitarbeiter*innen, dem HSD-Werkstattteam und vor allem Partner*innen – auch CLAYTEC steht dem Projektteam MIMO unterstützend zur Seite.

Der Innovationswettbewerb Solar Decathlon 21/22 stellt die teilnehmenden Teams vor drei mögliche Bauaufgaben. Die erste Aufgabe bezieht sich auf das Thema Sanierung und Erweiterung, die zweite Aufgabe thematisiert die Baulückenschließung und die dritte Aufgabe umfasst die Sanierung und Aufstockung. Das Team MIMO widmet sich der dritten Aufgabe, in dem sie das Café Ada in Wuppertal sanieren und mit Wohnraum erweitern.

Ausgangssituation war die Betrachtung von verschiedenen Baustellen die vor Ort in Stahlbeton gegossen werden. Direkt fiel auf: Für dessen Umsetzung wird ein großes Zeitfenster, eine große Anzahl von Mitarbeiter*innen sowie lange und viele Transportwege benötigt. Dies entspricht nicht der Vorstellung einer energetisch und wirtschaftlich effizienten Vorgehensweise. Um hier anzusetzen, entwickelte das Projektteam die Idee von vorgefertigten Holzmodulen für Aufstockungen. Team MIMO will kontrapunktieren und eine ökonomische Alternative zu Bauen mit Beton bieten, indem sie vorgefertigte Holzmodule versetzt übereinander schichten. Ein Modul kann von der Planung bis zur Ausführung so vorgefertigt werden, dass es von einem LKW direkt auf die Baustelle geliefert werden kann. Die Module sind so strukturiert, dass sie vier Mal länger als breit sind. Die Maße der vorgefertigten Elemente sind in ihren Dimensionen für den Transport mit 14 m x 3,35 m x 3,35 m (L / B / H) optimiert. Die längeren Seiten der Module sind geschlossen, sodass die Module Seite an Seite aufgestellt werden können und sie in sich selbst versteift sind. Dank dieser Versteifung können die Module frei gestapelt werden.

Modell des Teams MIMO Hochschule Düsseldorf 8 beim Solar Decathlon 2022

Das Café Ada in Wuppertal soll Basis für das Projekt sein, das Café soll um 15 Wohnungen und eine öffentliche Dachterrasse erweitert werden. Das gesamte Gebäude ist dann über ein Treppenhaus sowie einen Aufzug an der Nordseite des Gebäudes erschlossen. Der Baukörper, einschließlich des Treppenkerns, ist von einer Klimahülle umgeben und schließt im Osten mit der Brandwand ab. So gibt es Rückzugsräume in den Modulen und Gemeinschaftsbereiche in den Zonen zwischen Klimahülle und Holzmodulen. Die Wandaufbauten bzw. -stärken sind hinsichtlich des Schall-, Brand- und Wärmeschutzes auf 12 bzw. 18 cm optimiert und werden im angedachten Konzept mit ökologischen Kork-Dämmstoffen von Cellco gedämmt. Hierüber entsteht ein homogener, leimfreier und reduzierter Wandaufbau. Kork weist als nachwachsender Rohstoff gute Eigenschaften in Bezug auf Schallschutz, Feuchteregulierung, Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit auf, wird ohne Zuschlag von Fungiziden oder Flammschutzmitteln verbaut und bietet daher beste Voraussetzungen als Dämmstoff zwischen den Wohnmodulen und der Gemeinschaftsfläche.

Ähnlich gute Eigenschaften weist der in vielen Bereichen und Oberflächen verwendete Lehm auf. Lehm nimmt in der nachhaltigen Bauweise eine Sonderstellung unter den Trockenbaustoffen ein. Die für die mechanische Festigkeit der Platten notwendige Bindungskraft hat Lehm von Natur aus, sie muss nicht durch Energie- und CO2-intensive Brennprozesse generiert werden. Baulehm wird regional gewonnen, weite Transportwege zum Werk fallen nicht an. Der Rohstoff ist aus heutiger Sicht nahezu unbegrenzt verfügbar, sein Abbau ist mit denkbar geringen Eingriffen in Umwelt und Natur verbunden. Dieser kommt bei den Außen- und Innenwänden der Sanitärkerne zum Einsatz, die mit CLAYTEC Trockenbauplatten aus Lehm beplankt und anschließend mit dem YOSIMA Lehm-Designputz finalisiert werden. Außerdem werden die CLAYTEC Lehmsteine (Grünlinge) in Kombination mit einer Pflanzwand auf der Innenseite der östlichen Brandwand zum Einsatz gebracht, die Lehmsteine bilden somit eine Reliefstruktur.

Lehm ist ein natürlicher Baustoff, dessen Oberflächen diffusionsoffen und atmungsaktiv sind. Ihre Fähigkeit, Luftfeuchtigkeit zu puffern, wirkt sich auf das thermische Raumklima nachweislich positiv aus. Die Tonmineralien tragen zu einem Raumklima bei, wie es der Gesundheit und dem Wohlbefinden zuträglich ist. Lehmputze geben keine chemischen Schadstoffe an die Raumluft ab. Im Gegenteil, sie binden sogar Gerüche.

Die Fassade ist außerdem ein elementarer Bestandteil des Designs, da sie eine funktionale Hülle um die Module bildet. Sowohl das Dach als auch die Fassade sind mit Photovoltaik-Anlagen bedeckt. Die Fassade besteht aus beweglichen Glaslamellen, die anpassungsfähig sind. So werden die Lamellen im Sommer gekippt, um sich dem steileren Licht der Jahreszeit anzupassen, um belüftet zu werden und als Sonnenschutz zu wirken. Ebenso kann das Dach geöffnet werden, um einen Hitzestau zu verhindern. Selbst eine Nachtlüftung an heißen Tagen ist möglich. Für den Winter ist der umgekehrte Effekt erwünscht. Solare Gewinne sollen in der Hülle eingefangen werden und die Wärmespeichermasse der Massivholzwände aktivieren. Zu diesem Zweck bleiben die Lamellen geschlossen. Auf diese Weise entsteht eine Pufferschicht, die eine Klimazone um die Wohnmodule bildet, die im Winter wärmer ist als die Außenluft.

Team MIMO wird im Finale des SDE 21/22 im Juni 2022 (10.06.–26.06.2022) am Mirker Bahnhof in Wuppertal einen Ausschnitt des Entwurfskonzepts in Form von zwei gestapelten, kompakten Vollholz-Wohnmodulen mit Gemeinschaftsbereich innerhalb einer voll funktionstüchtigen, intelligent gesteuerten Klimahülle präsentieren:

Genau wie die Aufstockung der Design Challange besteht die Building Challenge aus geschichteten, kompakten Wohnmodulen aus Holz und wird von einer Klimahülle mit öffnenbaren Glaslamellen umgeben. Auf den zwei verschiedenen Etagen befindet sich jeweils eine Wohnbox mit Minimalbehausung, welche sich den Zwischenraum von Modul und Hülle als gemeinschaftlich nutzbaren Raum teilen. Ziel ist es, dass über den individuellen Wohnraum hinaus ein soziales Gewebe zwischen den Nachbarn und Nachbarinnen entstehen kann. Zudem setzt das Team konsequent auf die Verwendung ökologischer, recycelter und vor allem wiederverwendbarer Materialien. Der Innenausbau wird in der hochschuleigenen Prototypen-Werkstatt nahezu leimfrei realisiert. Zusätzlich existiert ein Technikmodul im Inneren der Hülle, unter anderem zur Beherbergung des energiBUS4home-Systems. Dabei handelt es sich um ein integriertes System um den effektiven Energieverbrauch zu reduzieren, Haushaltsgeräte werden dabei in ein multifunktionales Wärmepumpensystem integriert. Das Dach des Erdgeschossmoduls kann durch die versetzte Schichtung als Dachterrassenfläche ausgebaut werden. Auf diese Weise werden alle wichtigen Elemente (Dachterrasse, Gemeinschaftsbereich, Holzmodulkonstruktion, Klimahülle und Energiekonzept) der Design Challenge in die Building Challenge übertragen.

Holztreppe im Model des Teams MIMO beim Solar Decathlon

Beide Module zusammen bilden eine Wohnung mit Kücheneinheit im unteren Modul. Besonderheit in der Beziehung zwischen Wohnmodul und Klimahülle ist, das Durchstoßen der Hülle an zwei Stellen, jeweils einmal pro Modul. So wird dem Bewohner oder der Bewohnerin der Zugang zu mehr frischer Luft und mehr Licht ermöglicht, ohne die Funktion der Klimahülle zu beeinträchtigen. Im großen, gemeinschaftlichen Zwischenraum erschließt eine in den Raum stechende Treppe den Dachgarten und beinhaltet in ihrem Hohlraum verschieden nutzbare Möbelmodule zum Herausziehen. Der Haupteingang des Gebäudes führt den Besucher und die Besucherin quer unter dem Wohnmodul der ersten Etage hindurch, beim Austritt unter dem Modul hervor in die Klimahülle wird ein weites und offenes Raumgefühl suggeriert. In den Wintermonaten ist es im Bereich unter dem Wohnmodul der ersten Etage möglich, eine Wärmeinsel mithilfe eines Vorhangs und einer Fußbodenheizung einzurichten. Alle zum inneren Zwischenraum gelegenen Rastermodule der Hülle werden mit offenbaren Glaslamellen bestückt, die je nach genauer Position unterschiedlich stark mit Photovoltaik-Modulen belegt sind. Die Photovoltaik-Lamellen sind Glas-Glas-Module mit in der Zwischenbeben eingesetzten opaken Photovoltaikzellen. So kann nicht nur Energie, sondern auch Verschattung erzeugt werden, um auch ein anzunehmendes Überhitzen der Hülle in den Sommermonaten zu verhindern. Zwischen der Pfostenriegelfassade auf dem Dach befinden sich zwei Edelstahlwannen, die jeweils Dachbegrünungen beinhaltet, da sonst zu viel Licht in das gesamte Gebäude fließen würde.

Der Demonstrator zeigt eine der vielen Möglichkeiten, wie die Module zusammengesetzt und dadurch optimal an die Bewohner*innen Größe angepasst werden können. Vom energiBUS-System, über die Vollholzmodule bis hin zu der multifunktionalen Fassade wird, gemeinsam mit den Partnern, die Idee des Teams gezeigt und im Anschluss an das Finale im Rahmen des ‹Living Lab. NRW› für drei Jahre getestet.