Energiepositive Häuser – So sieht CO2 Reduzierung der Zukunft aus

Interview mit Rune Grasdal und Bjørn Jenssen

Der weltweite CO2 Ausstoß hat im Jahr 2019 trotz geringerem Anstieg erneut einen Rekordwert erreicht. Laut einer Studie des des internationalen Forscherverbunds Global Carbon Project lag die weltweite Emission bei 37 Milliarden Tonnen. Zu den Hauptgründen des langsameren Anstiegs zählt in erster Linie das schwächere Wirtschaftswachstum im vergangenen Jahr. Im internationalen Vergleich verzeichnete Deutschland 2019 sogar einen Rückgang des CO2 Austoßes um 6,3 Prozent. In absoluten Zahlen sind das 54 Millionen Tonnen.

Wie eine Untersuchung des Worls Resources Institute zeigt, verantworten Gebäude ein Drittel des globalen Energieverbrauchs und ein Viertel aller CO2 Emissionen. Das liegt zum großen Teil an der fehlenden Energieeffizienz vieler bestehender Gebäude, die noch auf fossile Brennstoffe angewiesen sind. Wie können aber Gebäude der Zukunft aussehen, die sowohl klimaneutral gebaut werden als auch selbst erneuerbare Energie produzieren? Die Antwort darauf gibt das Projekt Powerhouse aus Norwegen.

Das Konzept von Powerhouse sieht vor, mit energiepositiven Gebäuden einen neuen Ansatz bei Planung, Bau, Stromversorgung und auch Rückbau zu verfolgen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der effizienten Nutzung und Verteilung von Energie. Das bedeutet, energiepositive Häuser erzeugen mehr erneuerbare Energie als durch ihren Bau und ihr Bestehen verbraucht wird.

Um mehr über Powerhouse zu erfahren, haben wir mit Rune Grasdal und Bjørn Jenssen von den am Projekt beteiligten Unternehmen Snøhetta und Skanska gesprochen.

A. Allgemeine Fragen an den ARCHITEKTEN UND BAUUNTERNEHMER

A1. Wie kam es zu der Powerhouse-Zusammenarbeit und was sind ihre Ziele?

Snohetta: Powerhouse steht für eine Forschungs-, Design- und Ingenieurskooperation von Industriepartnern für die Entwicklung energiepositiver Gebäude. Es besteht aus der Immobiliengesellschaft Entra, dem Unternehmer Skanska, der Umweltorganisation ZERO, dem Design- und Architekturbüro Snøhetta und dem Beratungsunternehmen Asplan Viak.

Die Powerhouse-Zusammenarbeit definierte ein energiepositives Gebäude ursprünglich als ein Gebäude, das während seiner gesamten Lebensdauer mehr saubere und erneuerbare Energie erzeugt, als es für die Herstellung von Baumaterialien, den Bau, den Betrieb und den Abriss verbraucht wurden.

Powerhouse wurde 2011 gegründet und ist für mehrere Energie-Plus-Haus-Projekte verantwortlich, darunter das erste Energie-Plus-Haus Norwegens, das weltweit erste sanierte Energie-Plus-Haus in Kjørbo in Sandvika, Norwegen. Letzteres wurde 2014 fertiggestellt.

Skanska: Bei der Powerhouse Collaboration geht es darum, Gebäude von einem Teil des Problems zu einem Teil der Lösung der großen Umweltprobleme in der Welt zu machen.


A2. Was bringt jedes Mitglied von Powerhouse in die Zusammenarbeit ein, um sicherzustellen, dass sie ihre Ziele erreicht?

Snohetta: Snøhetta ist für die Architektur und Design verantwortlich in der Zusammenarbeit. Das Bauen energiepositiver Gebäude ist eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe. Kein Architekturbüro, kein Unternehmer oder Bauträger könnte dies allein bewältigen. Es ist der Powerhouse-Zusammenarbeit zu verdanken, dass wir in der Lage sind, so starke Teams mit außergewöhnlichen Kenntnissen und Erfahrungen darüber zusammenzustellen, wie wir nachhaltigere Gebäude bauen können. Dies ist wirklich eine Teamleistung.

Skanska: Skanska ist sowohl Bauunternehmer als auch Projektentwickler, und wir streben eine Führungsrolle an, wenn es um Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit geht. Wir sind für das Projektmanagement und den Bau des Gebäudes verantwortlich, aber wir verfügen auch über eine Reihe von Experten in den Bereichen Technik, Energie und Beton. Meine Kollegen und ich dienen als interne Berater und spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Auswahl von Lösungen und Materialien, die es dem Gebäude ermöglichen, die strengen Kriterien der Powerhouse-Definition zu erfüllen. Skanska ist von der Entwurfsphase bis zur Übergabe des Gebäudes an den Kunden stark involviert.


A3. Wie hat sich die Zusammenarbeit in ihrer kurzen Geschichte entwickelt und wie hat dies in irgendeiner Weise den zukünftigen Kurs von Powerhouse verändert?

Snohetta: Im Herbst 2019 führte Powerhouse einen neuen Standard für zukunftssichere Gebäude ein, den so genannten Powerhouse Paris Proof. Der Standard basiert auf dem 1,5-Grad-Ziel des Pariser Abkommens und legt eine Obergrenze für die gesamten Treibhausgasemissionen eines Gebäudes während seiner gesamten Lebensdauer fest. Eine weitere Grundvoraussetzung ist, dass das Gebäude als energiepositives Gebäude gebaut sein muss.

Skanska: Die Powerhouse-Pilotprojekte haben Innovationen ausgelöst. Lösungen wurden durch integrierte Energie- und Umweltdesignprozesse entwickelt, und die Umsetzung hat sich durch die Überwachung während der ersten Betriebsjahre als erfolgreich erwiesen.

Dies bietet eine solide Grundlage für die Erhöhung des Volumens und die Weiterentwicklung von Powerhouse-Lösungen, die ständig auf noch ehrgeizigere Ziele ausgerichtet sind. Um den Powerhouse Paris Proof-Standard zu erreichen, sind neben der Produktion erneuerbarer Energien und der Energieeffizienz auch Null-Emissions-Baustellen, klimafreundliche Materialien, Recycling und Wiederverwendung als Teil der Lösung erforderlich.

Ivan Kvaal

B. Allgemeine Fragen an den Architekten

B1. Wie verhält sich der Prozess eines Powerhouse-Projekts im Vergleich zu anderen traditionelleren Projekten, insbesondere im Hinblick auf die Zusammenarbeit mit dem Auftragnehmer?

Snohetta: Einer der Schlüsselaspekte der Powerhouse-Allianz besteht darin, dass wir in der Lage sind, so starke Teams mit außergewöhnlichen Kenntnissen und Erfahrungen darüber zusammenzustellen, um nachhaltigere Gebäude bauen können. Ziel der Powerhouse-Zusammenarbeit ist es, der klimafreundlichste Akteur im Bausektor zu sein. Powerhouse ist sowohl der Name der Zusammenarbeit als auch der Gebäude, die wir gemeinsam konzipieren. Um den "Powerhouse"-Standard zu erreichen, müssen wir auch einen sehr nachhaltigen Bauprozess haben. Um auch eine nachhaltige Bauphase zu haben, ist ein sehr detaillierter Baumanagementprozess erforderlich.


B2. Welche Eigenschaften erwarten Sie von den Mitarbeitern, mit denen Sie bei Ihren Projekten zusammenarbeiten, insbesondere bei solchen, die auf Nachhaltigkeit ausgerichtet sind?

Snohetta: Wir sind Teil einer sehr starken Zusammenarbeit, die dieses Projekt möglich machen wird. Wir hoffen, dass sich mehr Menschen von dem Projekt inspirieren lassen und in Zukunft ähnliche, ehrgeizige Aufgaben übernehmen werden. Ich glaube, dass Bauherren, Architekten und Bauunternehmer ehrgeizig und mutig sein müssen, um den künftigen Umweltanforderungen gerecht zu werden - sowohl was die Funktion als auch was die Form betrifft.


B3. An welchem Punkt des Designprozesses möchten Sie Mitarbeiter für einzigartige Anwendungen wie die Solarpaneele bei diesem Projekt einbeziehen?

Snohetta: An diesem speziellen Projekt war Skanska bereits beteiligt, da sie Teil der Powerhouse-Allianz sind und von Anfang an an der Zusammenarbeit beteiligt waren.

C. Allgemeine Fragen an den BAUUNTERNEHMER

C1. Zu welchem Zeitpunkt im Entwurfsprozess werden Sie normalerweise aufgefordert, an einem Projekt zu arbeiten?

Skanska: Skanska ist ein Immobilienbesitzer und Projektentwickler mit umfassenden internen Fachkenntnissen in allen Bereichen des Ingenieurwesens. Oft entwickeln wir Projekte von Anfang an gemeinsam mit unseren Kunden, aber häufiger beteiligen wir uns an einer Ausschreibung auf der Grundlage einer mehr oder weniger detaillierten Ausschreibungsbeschreibung. Unser Hauptziel ist die Schaffung von Mehrwert für unsere Kunden. Wir sind am besten, wenn wir gemeinsam mit unseren Kunden und Partnern mit einem hohen Grad an Freiheit auf vereinbarte Ziele hinarbeiten können, anstatt von einem detaillierten und oft suboptimierten Entwurf auszugehen. Die Powerhouse-Kooperation ist ein sehr gutes Beispiel für einen erfolgreichen Ansatz zur Erreichung ehrgeiziger Ziele.


C2. Welches sind die Ideen und Konzepte, mit denen Architekten zu Ihnen kommen? Wie oft erfordern ihre Ideen maßgeschneiderte Lösungen?

Skanska: Die Frage verfehlt den Sinn des Ganzen. Es ist nicht der Architekt, der in einem integrierten Designprozess "mit den Ideen kommt".

"Die Form folgt der Umgebung" ist eine natürliche Konsequenz, wenn es darum geht, energiefreundliche Gebäude auf möglichst effiziente Weise zu schaffen. Der Schlüsselerfolg, um zur optimalsten Form des Gebäudes zu gelangen, liegt in einem integrierten Ansatz, der das gesamte Team einbezieht. Dies erfordert Interaktion, Fachwissen und ganzheitliches Denken. "Weniger ist mehr" ist ein bekanntes Konzept, aber mit weniger mehr zu erreichen, erfordert interdisziplinäres Wissen. Ein wichtiger Wissenspunkt im Bereich der Technologie ist zum Beispiel nicht der Einsatz von mehr technischer Ausrüstung, sondern der Einsatz von weniger - und oft mehr gebäudeintegrierten technischen Lösungen, um ein noch besseres Ergebnis zu erzielen.

In diesem kreativen Prozess werden die Teammitglieder ermutigt, alle Ideen auf den Tisch zu bringen, nicht nur Ideen, die mit ihrem spezifischen Wissensgebiet zusammenhängen. D.h., Architekten können technische Lösungen vorschlagen und Ingenieure können Lösungen vorschlagen, die sich auf die Architektur beziehen. Unsere Erfahrung zeigt, dass die besten Ideen nicht unbedingt von dort kommen, wo man sie erwartet. Sie entstehen oft plötzlich als Ergebnis des integrierten Entwurfsprozesses.


C3. Welche Eigenschaften schätzen Sie bei Architekten am meisten?

Skanska: Die gleichen Eigenschaften wie bei Ingenieuren, Entwicklern, Leitern, Controllern und anderen Teammitgliedern: Fachkompetenz auf ihrem Gebiet, Neugier, Hingabe, Kreativität, aufgeschlossener Wissensaustausch und eine Haltung der Wissenssuche.

Ivar Kvaal

D. Projektspezifische Fragen an den ARCHITEKTEN UND BAUUNTERNEHMER

D1. War der Standort für das Gebäude vorgegeben oder wurde er ausgewählt? Und wie reagiert der Gebäudeentwurf auf unterschiedliche Standortbedingungen (Kultur, Klima, soziale Bedingungen usw.)?

Snohetta: Der Standort des Gebäudes wurde sorgfältig ausgewählt, um eine maximale Sonneneinstrahlung während des Tages und der Jahreszeiten zu gewährleisten. Das schiefe, fünfeckige Dach und der obere Teil der Fassade sind mit fast 3 000 m^2 Solarpaneelen verkleidet, die strategisch so platziert wurden, dass möglichst viel Sonnenenergie geerntet werden kann.

Das Gebäude befindet sich in Trondheim, Norwegen, 63° nördlich des Erdäquators, wo das Sonnenlicht je nach Jahreszeit stark schwankt. Dies bietet eine einzigartige Gelegenheit zu erforschen, wie Sonnenenergie unter schwierigen Bedingungen geerntet und gespeichert werden kann. Das 18 000 m2 große Bürogebäude liegt am Hafen und ist über eine Fußgängerbrücke am hinteren Ende des Gebäudes mit dem Hauptbahnhof von Trondheim verbunden. Die Fassade am Wasser ist die schlankste Seite des Gebäudes, so dass das Projekt im Maßstab den Nachbarngebäuden gleicht. Die mit schwarzem Aluminium und Solarpaneelen verkleidete Fassade spiegelt sich im angrenzenden Trondheimer Fjord wieder.

Skanska: Bei einem Powerhouse muss die Form des Gebäudes durch die natürliche Umgebung bestimmt werden. Um ein Gebäude bauen zu können, das die strengen Energiekriterien des Powerhouse so weit im Norden erfüllt, muss man einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen. Alle beteiligten Partner und andere externe Interessenvertreter, wie z.B. die Stadtverwaltung, müssen bereit sein, Kompromisse einzugehen, um die Energieziele zu erreichen. Die Form, Höhe und Größe des Gebäudes wurde mehrmals verändert und war Anlass für viele Diskussionen. Um die Ziele der Pariser Vereinbarung zu erreichen, müssen wir in der Lage sein, bestehende Gebäude und neue Gebäude in energieeffiziente Gebäude umzuwandeln, die in Bezug auf die gesamten Lebenszyklusemissionen "Paris Proof" sind, unabhängig davon, wo sie sich befinden oder befinden werden.


D2. Wie haben Sie festgestellt, dass Solarenergie das wichtigste Mittel zur Erreichung eines energiepositiven Gebäudes sein würde?

Snohetta: Die Energieproduktion eines Powerhouse kann aus zwei verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden. Erstens und weil es sich um ein Powerhouse-Gebäude handelt, wird das Gebäude in einem Zeitraum von 60 Jahren mehr erneuerbare Energie erzeugen als die Gesamtenergiemenge, die zur Aufrechterhaltung des täglichen Betriebs und für den Bau, die Produktion von Materialien und den Abriss des Gebäudes benötigt würde.

Zweitens produziert das Gebäude dank der auf dem Dach des Gebäudes integrierten Sonnenkollektoren mehr Strom, als es in einem Jahr verbraucht. Die Gebäudegeometrie ist so optimiert, dass die Sonnenenergie standortspezifisch geerntet wird, und der überschüssige Strom, der von den Sonnenkollektoren produziert wird, wird an das Stromnetz verkauft. Über ein Jahr beläuft sich dies auf insgesamt etwa 500 000 kWh mit sauberer, erneuerbarer Energie.

Solarpaneele sind ein integraler Bestandteil aller Powerhouse-Projekte, die bereits realisiert wurden oder die sich jetzt in der Pipeline befinden.

Skanska: Es ist irgendwie irreführend, dass Solarenergie das primäre Mittel ist, um ein energetisch positives Gebäude zu erreichen. Die "umweltfreundlichste" Energie ist die Energie, die man nicht verbraucht. Das Kraftwerk Brattørkaia benötigt etwa 220.000 kwh/Jahr, das sind 80% weniger Energie zur Deckung des Bedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung im Vergleich zu einem typischen neuen Bürogebäude in Trondheim. Ebenso wichtig ist die Energie, die für die Herstellung aller Materialien, den Transport und den Bauprozess benötigt wird. Aufgeschlüsselt nach der jährlichen Elektrizität entspricht die verkörperte Energie etwa 255.000 kWh/Jahr. Der geringere Bedarf sowohl in Bezug auf die Betriebs- als auch auf die gebundene Energie macht es möglich, den gesamten Bedarf durch Sonnenenergie auszugleichen. Das Gebäudedesign mit integrierter PV ist der Schlüssel zur Maximierung der PV-Produktion bei gleichzeitig guten Tageslichtverhältnissen und guter Sicht für die Nutzer. Die berechnete Jahresproduktion liegt etwas über 460.000 kWh/Jahr.


D3. Was war das Hauptproblem bei der Konstruktion der Solarpaneele, die das Dach und die Fassaden bedecken, und wie kamen Sie zu der Lösung?

Snohetta: Eine der Herausforderungen bestand darin, einen sicheren Zugang zum Dach und den erforderlichen Zugang für die Feuerwehr zu schaffen. Eine weitere Herausforderung bestand darin, das Dach zu sichern, um Eis- und Schneerutsch zu vermeiden. Auch das Regenwassermanagement war eine Herausforderung.

Skanska: Aufgrund der extremen Windexposition am Nordwestgrat entlang der Oberseite des Gebäudes ist eine sichere Befestigung sowohl der PV's in den Rahmen als auch des Rahmensystems selbst von wesentlicher Bedeutung.


D4. Gab es Aspekte der Solarpaneele, die sowohl beim Design als auch bei der Konstruktion besondere Aufmerksamkeit erforderten?

Snohetta: Aufgrund der standardisierten Größe der Solarpaneele war es eine Herausforderung, die Anzahl der m2 Paneele auf dem Dach zu optimieren.


D5. Wie hat sich das Projekt von seinem ursprünglichen Entwurf bis zu seiner Realisierung verändert?

Snohetta: Der Winkel des Daches wurde aufgrund von Bauvorschriften etwas reduziert, und die Fassade erhielt eine etwas einfachere Geometrie. Auch die Fenster wurden etwas angepasst, um einen optimierten Tageslichteinfall zu ermöglichen.